一种能量回收透平蜗壳结构制造技术

本发明专利技术涉及一种能量回收透平的蜗壳结构。采用泵作为透平装置，泵上设置有传统蜗壳和流线型管道，所述流线型管道的首端与所述传统蜗壳的进水段连通，所述流线型管道的末端与所述传统蜗壳的隔舌位置处连通。本发明专利技术的效果在于：将流线型流道与传统蜗壳进行组合，有效地减少了隔舌位置处因流动分离而产生的旋涡，提高了整个透平装置的输出功率和水力效率；此外，该新型蜗壳的流线型流道线型可灵活变化，且成本低，可靠性高。可靠性高。可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种能量回收透平蜗壳结构


[0001]本专利技术涉及一种能量回收透平的蜗壳结构，适用于中小型海水淡化系统，属于流体机械研究领域。

技术介绍

[0002]淡水资源短缺是21世纪人类面临的挑战之一，海水淡化技术是解决淡水资源短缺的有效途径。常见的海水淡化技术主要有蒸馏法和反渗透法，其中反渗透法因其脱盐率高而被广泛应用，经反渗透膜处理过的海水，其含盐率大大下降，可供给工业、居民和船舶使用。此外，经反渗透膜作用后，剩余的高浓度海水中的能量也可以通过透平装置来回收利用，透平装置将高浓海水的余压转化成机械能，并驱动泵转动对原海水进一步增压，使得海水得以进一步通过反渗透膜。该方法能够对能量进行多级利用，大大减少了海水淡化的耗能和成本，适用于中小型海水淡化系统。
[0003]目前，中小型海水淡化系统中常用泵作为透平装置，但采用泵作透平装置的能量回收效率较低，这是因为透平在工作过程中，流体在靠近蜗壳隔舌处的流动不稳定，容易因流动分离而产生分离涡，分离涡的出现不仅会降低透平的工作效率，还会影响整个系统的稳定运行。

技术实现思路

[0004]常用泵作为透平装置时，为了解决流体在靠近透平泵的蜗壳隔舌处因流动分离而产生分离涡的技术问题，本专利技术提供一种能量回收透平蜗壳结构。
[0005]为实现上述专利技术密度，本专利技术采用的技术方案是：一种能量回收透平蜗壳结构，采用泵作为透平装置，泵上设置有传统蜗壳和流线型管道，所述流线型管道的首端与所述传统蜗壳的进水段连通，所述流线型管道的末端与所述传统蜗壳的隔舌位置处连通。
[0006]上述方案中，所述流线型管道与所述传统蜗壳的连通处与所述传统蜗壳的进口端端面之间的距离h为0.2—0.35D，其中D为传统蜗壳进口管径的直径。
[0007]上述方案中，所述流线型管道采用橡胶软管。
[0008]本专利技术的有益效果：（1）本专利技术在传统蜗壳的基础上增加一个“流线型”流道，利用此流道能将进口的高压水引入隔舌处。此装置可使隔舌附近的速度场重新分布，有效抑制了隔舌位置因流动分离而产生的漩涡，从而降低蜗壳隔舍内的水力损失。（2）该新型蜗壳结构比传统蜗壳结构具有更高的水力效率；（3）该新型蜗壳结构能有效地减小由分流涡所引起的水力损失。
附图说明
[0009]图1为本专利技术蜗壳结构的二维模型图。
[0010]图2为本专利技术新型蜗壳的三维造型图。
[0011]图3为叶轮结构化网格划分图。
[0012]图4为蜗壳非结构化网格划分图。
[0013]图5为透平计算域网格划分图。
[0014]图6为传统蜗壳、新型蜗壳的水头（H）对比图。
[0015]图7为传统蜗壳、新型蜗壳的输出功率（P）对比图。
[0016]图8为传统蜗壳、新型蜗壳的水力效率（
ȵ
）对比图。
[0017]图9为传统蜗壳、新型蜗壳在隔舌处的湍流情况对比图。
[0018]图10为传统蜗壳、新型蜗壳的速度分布情况对比图。
[0019]具体内容下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行更详细的说明。
[0020]如图1和图2所示，一种能量回收透平蜗壳结构，采用泵作为透平装置，泵上设置有传统蜗壳1和流线型管道2，所述流线型管道2的首端2
‑
1与所述传统蜗壳1的进水段连通，所述流线型管道2的末端2
‑
2与所述传统蜗壳1的隔舌位置处连通。所述流线型管道2与所述传统蜗壳1的连通处与所述传统蜗壳1的进口端端面之间的距离h为0.2—0.35D，其中D为传统蜗壳（1）进口管径的直径。
[0021]本实施例以泵作为透平装置，探究泵作透平时分别采用传统蜗壳、新型蜗壳时的水头H、输出功率P、水力效率
ȵ
、隔舌处的湍流以及速度场的分布情况。如图3至图5所示，为对比研究传统蜗壳和新型蜗壳结构透平的水力性能，分别对两种形式的透平的水力性能进行数值计算。数值计算时，需要对透平的水力部件进行网格划分。采用ANSYS ICEM 19.0，分别对蜗壳、叶轮、腔体、进口延生段和出口延申段进口网格划分。
[0022]本专利技术数值计算时，采用ANSYS CFX 19.0对透平进行数值计算，数值计算时，采用SST k
‑
ω湍流模型进行求解雷诺方程。叶轮设置为旋转域，其它水力部件均为静止域。静止域与旋转域之间连接的壁面采用Interface进行数据传递。透平的边界条件设置为：进口采用压力进口，出口采用质量
‑
流量出口，通过改变出口的质量
‑
流量的大小，调节透平的运行工况。壁面粗糙度设置为50μm，收敛精度设置为10
‑5。
[0023]如图6所示：采用传统蜗壳和新型蜗壳结构的透平进行能量回收时，两者透平的水头随流量变化的趋势基本一致，在同一流量工况下，两者透平的水头相差很小。说明透平采用新型蜗壳进行能量回收时可保证将流体的内能转化为机械能的能力。
[0024]由图7可知：采用新型蜗壳的透平输出功率随流量工况变化的趋势与采用传统蜗壳的透平输出功率变化趋势基本一致。但在同一流量工况下，采用新型蜗壳的透平输出功率均高于采用传统蜗壳的透平输出功率。
[0025]图8为两装置的水力效率对比图，可以看出，在不同流量工况下，采用新型蜗壳的透平效率随流量变化的趋势与采用传统蜗壳的透平效率基本一致，但在同一流量工况下，采用新型蜗壳的透平效率明显高于采用传统蜗壳的透平效率。在最高效率点，新型蜗壳的透平效率比传统蜗壳的效率几乎高5%。此外，新型蜗壳的水力效率的高效范围也宽于传统蜗壳。
[0026]图9为传统蜗壳、新型蜗壳在隔舌处的湍流情况对比图，图10为传统蜗壳、新型蜗壳的速度分布情况对比图。结合以上对比实验可知，引入“流线型”流道后，隔舌处的湍流强度有效减弱，流体的速度场重新分布，泵内的流动状态有明显的改善。
[0027]对比结果表明：1.该新型蜗壳结构比传统蜗壳结构具有更高的水力效率；2.该新
型蜗壳结构能有效地减小由分流涡所引起的水力损失。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能量回收透平蜗壳结构，其特征在于，采用泵作为透平装置，泵上设置有传统蜗壳（1）和流线型管道（2），所述流线型管道（2）的首端（2
‑
1）与所述传统蜗壳（1）的进水段连通，所述流线型管道（2）的末端（2
‑
2）与所述传统蜗壳（1）的隔舌位置处连通。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁炳，张德胜，陈晓丹，赵睿，丁竞飞，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：