一种低比数气体透平用的翼管式叶轮的制作方法

专利名称：一种低比数气体透平用的翼管式叶轮的制作方法技术领域：本实用新型属于气体输送领域，具体的说一种低比数气体透平用的具有翼管的翼管式叶轮。叶轮是气体透平的关键部件，它直接影响着气体透平的性能，目前低比数气体透平中应用最多的是园盘状叶轮，它是由前盖板、叶片、轮盘和轮毂组成，外形呈园盘状，当原动机带叶轮旋转时，气体由叶轮的入口进入叶轮，一边沿着由叶片前盖板和轮盘组成的叶轮流道向外流动，一边在叶轮流道的强迫作用下作园周运动。蜗壳或扩压器将从叶轮中流出的具有很大动能和压能的气体收集起来，引向吐出口，并将气体的一部分动能转变为压能。当叶轮在气体中转动时，由于气体存在粘性，叶轮的盖板和轮盘与气体之间作用着摩擦力，产生一定的摩擦损失，即园盘摩擦损失，消耗掉一定的有效功率。园盘摩擦损失功率的大小与叶轮直径的五次方成正比。低比数气体透平是一种高压缩比、小流量的透平，一般来讲，在一定转速下，压缩比越高，要求叶轮的直径就越大，它的园盘摩擦损失功率也就越大，而它的流量又小，故园盘摩擦损失功率与有效功率的比值就很大(有时竟高达30％以上)，也就是透平比数越小，这种比值就越大，因此，这种损失成为影响低比数气体透平效率一个重要的因素。另外，由于低比数气体透平的流量小，叶轮的出口面积小，出口宽度选得小，这一方面增加了气体在叶轮流道中的流动损失，增大了滑动系数，另一方面也使得结构比例极不协调、增加了加工难度，总之。园盘状叶轮不适于在高压缩比，小流量的工作状况下使用。本实用新型的目的在于提供一种具有翼管结构的翼管式叶轮，它使小流量的气体的能量达到规定值，而叶轮的园盘摩擦损失和流动损失都很小，从而可以在高压缩比、小流量的工作状况下获得高效率。本实用新型所述的翼管式叶轮是由叶轮入口管和翼管构成，其特征在于它不同于传统的园盘状叶轮，而是在叶轮的入口管上连通有一个、两个或多个翼管，翼管的一端通向外沿，入口管和翼管的内孔是相通的，并作为气体的流道，为了减小翼管在气体中运动时的阻力，特将翼管的断面形状设计为翼形，因为一个翼管形柱体在流体中作园周运动时，其阻力损失功率是与半径的四次方成正比，在叶轮的半径较小处，翼管的断面形状可以各异，而对叶轮的阻力影响不太大，然而翼管在叶轮的出口处其断面必须采用这种翼形，这里我们把阻力系数很小的广义的流线形和广义的椭园形均称之为翼形，至少有一个断面形状为翼形的管子称为翼管，把管的外表面的断面称为管断面，而把管内孔的断面称为流道断面。在设计翼管式叶轮时候，可参照园盘状叶轮的设计理论计算出叶轮的入口直径、翼管流道的进口面积、出口面积，入口安放角、出口安放角及叶轮直径。实际上它是将园盘状叶轮的具有很大轴向投影面积的流道，集中为一个、二个或多个集中流道，而使翼管式叶轮流道内气体和园盘状叶轮流道内的气体保持相似或相近的流动状态，获得相同的压缩比。就象把一个长宽比很大的矩形变成面积相同的正方形或园形，其周长减少了许多一样，翼管式叶轮的外表面积大大地减少了，将翼管的断面形状设计为阻力系数很小的翼形，可以达到减少翼管式叶轮的摩擦损失的目的。为了提高叶轮的反作用度，减少气体在蜗壳内的流动损失，一般将叶轮的翼管向逆旋转方向弯曲，翼管的出口安放角设计为0 °-80°。并将叶轮的翼管在出口处的园周方向上断管面形状设计为对称的流线形，并使其最大厚度与弦长之比值保持在0.05-0.4之间。现结合附图对本实用新型所述的翼管式叶轮的结构和工作原理进行详细说明。附图1为本实用新型所实施的叶轮的结构示意图附图2为本实用新型所实施的叶轮的左视剖面图附图3所示的截面A-A是附图2所示的叶轮的翼管在A-A处的剖面图。附图4为本实用新型所实施的另一种具有三个翼管叶轮有主视图。附图5为附图4所示叶轮的左视剖图。由附图1、2、4、5可以看出，叶轮的外沿径部分为翼管(1)，叶轮的入口管(1)的一端连通有两个或三个反叶轮旋转方向弯曲的翼管(2)，翼管的内孔(4)作为气体的流道，其一端通往入口管(1)，另一端通往叶轮的外沿(3)，翼管(2)的出口(6)方向与半径的夹角[即出口安放角(7)]为一锐角，轮毂(8)连接在翼管(2)壁上，并与入口管(1)同心。为了结构和强度上的需要，可在半径内，有一园盘(9)将翼管(2)包裹起来，这样它看起来就象在一个具有2个或3个流道的小园盘状叶轮外面连通有两个或三个向弯曲的翼管(2)一样。同附图3可以看出翼管(2)在出口(6)A-A处的断面形状为翼形。当原动机通过轴(未画出)带动叶轮转动时，气体由入口管(1)进入叶轮，一边沿着翼管(2)的内孔(4)(即流道)向叶轮外(3)流动，一边在翼管(2)的强迫作用下作园周运动，从而使气体获得了动能和压能。蜗壳或扩压器将叶轮中流出的气体收集起来，引向吐出口，并将气体的一部分动能转变为压能。和传统的园盘状叶轮相比，翼管式叶轮具有下列优点(1)由于翼管式叶轮的翼管的外表面积比起园盘状叶轮的前后面面积要小得多，而且越是在半径大的地方，减少的程度越大，因此，翼管式叶轮的表面摩擦损失比园盘状叶轮的园盘摩擦损失要小提多。(2)由于翼管内孔(流道)的水力半径要比园盘状叶轮的矩形流道的水力半径大，因此翼管式叶轮的流动损失小。(3)叶轮的滑动系数小。园盘式叶轮无形状阻力，而翼管式叶轮的翼管则产生形状阻力，不过，这种阻力却具有象开式叶轮的叶片一样的驱动力，驱动气体旋转，将大部分阻力转变为有效功。本实用新型所述的翼管式叶轮，可选用薄板材，经冲压成型制成前后片，与轮毂焊接在一起制成，也可用整体铸造或将翼管焊接在小叶轮上方法来制造。权利要求1.一种低比数气体透平用的翼管式叶轮，其特征在于叶轮是由入口管和与入口管连通的翼管构成。2.如权利要求1所述的翼管式叶轮，其特征在于叶轮的外沿部分为翼管。3.如权利要求1所述的翼管式叶轮，其特征在于翼管的内孔作为气体的流道，其一端通往入口管，另一端通往叶轮的外沿。4.如权利要求1所述的翼管式叶轮，其特征在于翼管的出口安放角为0 °-80°。5.如权利要求1、2、3、4、所述的翼管，其特征在于翼管至少有一处断面形状为翼形。6.如权利要求5所述的翼形，其特征在于翼形为广义的流线形和广义的椭园形。专利摘要本实用新型属于气体输送领域，具体地说是一种在叶轮的出口处为翼管的翼管式叶轮，它是由入口管和连通在入口管端的翼管构成，翼管的内孔与入口管相通，并作为气体的流通，翼管的断面设计为阻力系数很小的翼形，该设计可以大大地减少叶轮的摩擦损失和流动损失，提高透平的效率，适用于小流量、高压缩比的低比数气体透平。文档编号F04D29/30GK2044294SQ8821995公开日1989年9月13日 申请日期1988年9月19日 优先权日1988年9月19日发明者杨惠亭 申请人:杨惠亭