一种具有多轮毂径流式叶轮的向心透平及其工作方法

本发明属于径流式叶轮机械领域，涉及一种具有多轮毂径流式叶轮的向心透平及其工作方法。

背景技术：

1、透平，作为一种机械装置，其核心工作原理是依靠输入的高温高压气体推动其内部的叶轮旋转，进而实现能量的转换并输出有用功。它在多个领域中都有着广泛而重要的应用，不仅在地面的发电站中为电能的产生提供着源源不断的动力，而且在航空航天等尖端科技领域也发挥着不可或缺的作用。然而，尽管透平拥有如此广泛的应用，但其性能却受到诸多因素的制约。传统的透平机械在设计时往往基于某一特定的工况进行优化，这意味着它只有在这些设计工况或者与设计工况相近的条件下，才能维持较高的效率并稳定运行。

2、然而，在实际应用中，透平所面临的运行工况往往复杂多变，与设计工况的差异可能相当大。在这种情况下，透平的效率和做功能力往往会受到极大的影响，导致其性能大打折扣。这不仅影响了透平在各个领域的应用效果，也增加了其运行和维护的成本。

3、为了应对不同流量带来的挑战，通常选择以年为稳定时数的最长工况作为设计工况，其他工况均为变工况，但是，这样的设计会导致透平的效率在工况发生变化时受到严重影响。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有多轮毂径流式叶轮的向心透平及其工作方法，能够适应不同流量工况的要求，通过合理调节透平的子流道数量，能够应对更多的工况条件，维持透平的高效率运行。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明公开了一种具有多轮毂径流式叶轮的向心透平，包括同轴布置的主轮毂和副轮毂，主轮毂上布置有若干叶轮叶片，叶轮叶片之间形成叶轮流道，副轮毂至少为一个，副轮毂穿设在叶轮叶片上，副轮毂将叶轮流道分割为若干个子流道；

4、叶轮流道的入口处活动布置有流量调节挡板，流量调节挡板用于关闭或打开子流道入口。

5、进一步的，主轮毂和副轮毂均布置在蜗壳内的叶轮上。

6、进一步的，主轮毂和副轮毂之间的叶轮叶片数量大于或等于副轮毂上远离主轮毂一侧的叶轮叶片数量。

7、进一步的，流量调节挡板包括流量调节挡板前端和流量调节挡板末端，流量调节挡板前端与蜗壳内腔壁贴合且流量调节挡板前端能够在蜗壳内腔壁上滑动，流量调节挡板末端能够与副轮毂接触，流量调节挡板末端与副轮毂接触时的配合间隙小于0.5mm。

8、进一步的，流量调节挡板通过传动装置连接驱动电机的输出端。

9、进一步的，驱动电机的输出端连接电机轴，电机轴通过传动装置连接流量调节挡板。

10、进一步的，电机轴穿设在电机轴套筒内，电机轴套筒穿设在包裹蜗壳的隔热材料中。

11、进一步的，流量调节挡板滑动套设在静叶片上，流量调节挡板与静叶片之间的配合间隙小于0.5mm。

12、进一步的，静叶片周向布置在叶轮主轮毂的外侧，静叶片的之间的导流出口连通叶轮流道的入口。

13、基于上述结构，本发明还公开了一种具有多轮毂径流式叶轮的向心透平的工作方法，包括以下步骤：

14、当向心透平的流量工况变大时，通过调节流量调节挡板，增加主轮毂、副轮毂和叶轮叶片共同形成的子流道的连通数量；

15、当向心透平的流量工况变小时，通过调节流量调节挡板，减少主轮毂、副轮毂和叶轮叶片共同形成的子流道的连通数量。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

17、1、本发明包括同轴布置的主轮毂和副轮毂，主轮毂上布置有若干叶轮叶片，叶轮叶片之间形成叶轮流道，副轮毂至少为一个，副轮毂穿设在叶轮叶片上，副轮毂将叶轮流道分割为若干个子流道，叶轮流道的入口处活动布置有流量调节挡板，流量调节挡板用于关闭或打开子流道入口，从而改变子流道连通的数量，通过改变关闭或打开的子流道数量，从而实现向心透平流量的调节，以适应不同流量工况，保证透平在不同工况下均具有较高的热功转换效率，改善了向心透平在变工况下的性能。

18、2、本发明的副轮毂数量能够根据实际需求进行设置，更多的副轮毂意味着更多的叶轮流道，即子流道，向心透平对于流量的适应功能增强，改善变工况效果。

19、3、本发明驱动电机通过传动装置带动流量调节挡板，进而实现子流道连通数量的调节，结构简单，同时保证透平在不同工况下均具有较高的热功转换效率，改善了向心透平在变工况下的性能。

20、4、本发明流量调节挡板与静叶片之间的配合间隙小于0.5mm，流量调节挡板末端与副轮毂接触时的配合间隙小于0.5mm，有利于减少流量调节挡板与静叶片以及流量调节挡板末端与叶轮进口之间动静间隙的漏气，提高装置工作的稳定性。

21、5、本发明方法当向心透平的流量工况变大时，通过调节流量调节挡板，增加主轮毂、副轮毂和叶轮叶片共同形成的子流道的连通数量；当向心透平的流量工况变小时，通过调节流量调节挡板，减少主轮毂、副轮毂和叶轮叶片共同形成的子流道的连通数量。通过调节流量调节挡板，流量调节挡板移动过程中关闭或打开子流道入口，改变子流道连通数量，从而实现向心透平的流量调节。本发明通过合理调节透平的子流道数量，能够应对更多的工况条件，适应不同流量工况的要求，维持透平的高效率运行。

技术特征：

1.一种具有多轮毂径流式叶轮的向心透平，其特征在于，包括同轴布置的主轮毂(1)和副轮毂(2)，主轮毂(1)上布置有若干叶轮叶片(3)，叶轮叶片(3)之间形成叶轮流道(17)，副轮毂(2)至少为一个，副轮毂(2)穿设在叶轮叶片(3)上，副轮毂(2)将叶轮流道(17)分割为若干个子流道；

2.根据权利要求1所述的一种具有多轮毂径流式叶轮的向心透平，其特征在于，所述主轮毂(1)和副轮毂(2)均布置在蜗壳(16)内的叶轮上。

3.根据权利要求2所述的一种具有多轮毂径流式叶轮的向心透平，其特征在于，所述主轮毂(1)和副轮毂(2)之间的叶轮叶片(3)数量大于或等于副轮毂(2)上远离主轮毂(1)一侧的叶轮叶片(3)数量。

4.根据权利要求1所述的一种具有多轮毂径流式叶轮的向心透平，其特征在于，所述流量调节挡板(11)包括流量调节挡板前端(18)和流量调节挡板末端(12)，流量调节挡板前端(18)与蜗壳(16)内腔壁贴合且流量调节挡板前端(18)能够在蜗壳(16)内腔壁上滑动，流量调节挡板末端(12)能够与副轮毂(2)接触，流量调节挡板末端(12)与副轮毂(2)接触时的配合间隙小于0.5mm。

5.根据权利要求4所述的一种具有多轮毂径流式叶轮的向心透平，其特征在于，所述流量调节挡板(11)通过传动装置连接驱动电机(15)的输出端。

6.根据权利要求5所述的一种具有多轮毂径流式叶轮的向心透平，其特征在于，所述驱动电机(15)的输出端连接电机轴(13)，电机轴(13)通过传动装置连接流量调节挡板(11)。

7.根据权利要求6所述的一种具有多轮毂径流式叶轮的向心透平，其特征在于，所述电机轴(13)穿设在电机轴套筒(14)内，电机轴套筒(14)穿设在包裹蜗壳(16)的隔热材料中。

8.根据权利要求6所述的一种具有多轮毂径流式叶轮的向心透平，其特征在于，所述流量调节挡板(11)滑动套设在静叶片(10)上，流量调节挡板(11)与静叶片(10)之间的配合间隙小于0.5mm。

9.根据权利要求8所述的一种具有多轮毂径流式叶轮的向心透平，其特征在于，所述静叶片(10)周向布置在叶轮主轮毂(1)的外侧，静叶片(10)的之间的导流出口连通叶轮流道(17)的入口。

10.一种根据权利要求1至9任一所述的具有多轮毂径流式叶轮的向心透平的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明属于径流式叶轮机械领域，涉及一种具有多轮毂径流式叶轮的向心透平及其工作方法。包括同轴布置的主轮毂和副轮毂，主轮毂上布置有若干叶轮叶片，叶轮叶片之间形成叶轮流道，副轮毂至少为一个，副轮毂将叶轮流道分割为若干个子流道；叶轮流道的入口处活动布置有流量调节挡板，流量调节挡板用于关闭或打开子流道入口。通过改变关闭或打开的子流道数量，从而实现向心透平流量的调节，以适应不同流量工况，保证透平在不同工况下均具有较高的热功转换效率，改善了向心透平在变工况下的性能。本发明的副轮毂数量能够根据实际需求进行设置，更多的副轮毂意味着更多的叶轮流道，即子流道，向心透平对于流量的适应功能增强，改善变工况效果。技术研发人员：邓清华,张帅钊,赵卓斌,李军,丰镇平受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15