工業(yè)流體高余壓回收超低比轉(zhuǎn)速多級水輪的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及工業(yè)流體高余壓回收超低比轉(zhuǎn)速多級水輪機，可有效解決工業(yè)流體余壓回收效率低下，穩(wěn)定性差的問題，技術(shù)方案是，機殼內(nèi)經(jīng)軸承豎直裝有上端伸出機殼上部的主軸，機殼內(nèi)的主軸上自上而下依次裝有首級水力透平級和至少一個次級水力透平級，首級水力透平級上方的機殼上設(shè)置有與其進水端相連通的進水管，最底端的一個次級水力透平級的下方在機殼上設(shè)置有與其出水端相連通的尾水管，所述的首級水力透平級包括上、下并排裝在主軸上的首級導葉和首級轉(zhuǎn)輪，所述的次級水力透平級包括上、下并排裝在主軸上的次級導葉和與首級轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)相同的次級轉(zhuǎn)輪，本發(fā)明可利用100～200m水頭，實現(xiàn)與發(fā)電機的無減速機直聯(lián)，提高了裝置效率及可靠性，回收效率高。
【專利說明】工業(yè)流體高余壓回收超低比轉(zhuǎn)速多級水輪機

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)流體余壓回收領(lǐng)域，特別是一種工業(yè)流體高余壓回收超低比轉(zhuǎn)速多級水輪機。

【背景技術(shù)】
[0002]在石油、化工生產(chǎn)的脫碳、脫硫工藝及海水淡化過程中，存在大量的工業(yè)余壓，其特點是余壓高，范圍在10m?1500m水頭之間，余壓能量大，一套化工生產(chǎn)線的余壓能量可達數(shù)百千瓦至數(shù)千千瓦。在提倡節(jié)能、低碳和環(huán)保的時代，有效回收工業(yè)余壓是減少產(chǎn)品能耗和碳排放、增加企業(yè)效益的必須之舉。
[0003]流體余壓回收一般使用水力透平(一種反擊式水輪機)。由于工業(yè)流體余壓一般具有余壓高、流量小的特點，用于這種能量回收的水力透平又有轉(zhuǎn)速的限制，必然具有超低比轉(zhuǎn)速的的特征?，F(xiàn)有的水力發(fā)電用的反擊式水輪機的比轉(zhuǎn)速較高，不適合工業(yè)流體高余壓條件。目前我國已有的流體余壓回收技術(shù)主要是采用反轉(zhuǎn)水泵作為水力透平，或基于泵設(shè)計原理開發(fā)的余壓回收水力透平，這些技術(shù)主要存在三個問題，其一是以反轉(zhuǎn)泵作為透平運行，其效率低下，且穩(wěn)定性差。其二是基于泵的模式設(shè)計開發(fā)的水力透平在性能上與工業(yè)高余壓利用的技術(shù)條件并不符合。其三是沒有按照超低比轉(zhuǎn)速進行高余壓流體專用水力透平的設(shè)計。由此造成水力透平尺寸大、級數(shù)多，或者其轉(zhuǎn)速過高，與發(fā)電機不匹配，需要采用減速機與發(fā)電機聯(lián)結(jié)。因此，其改進和創(chuàng)新勢在必行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種工業(yè)流體高余壓回收超低比轉(zhuǎn)速多級水輪機，可有效解決工業(yè)流體余壓回收效率低下，穩(wěn)定性差的問題。
[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)方案是，包括機殼、轉(zhuǎn)輪和導葉，機殼內(nèi)經(jīng)軸承豎直裝有上端伸出機殼上部的主軸，機殼內(nèi)的主軸上自上而下依次裝有首級水力透平級和至少一個次級水力透平級，首級水力透平級上方的機殼上設(shè)置有與其進水端相連通的進水管，最底端的一個次級水力透平級的下方在機殼上設(shè)置有與其出水端相連通的尾水管，所述的首級水力透平級包括上、下并排裝在主軸上的首級導葉和首級轉(zhuǎn)輪，所述的次級水力透平級包括上、下并排裝在主軸上的次級導葉和與首級轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)相同的次級轉(zhuǎn)輪，首級轉(zhuǎn)輪和次級轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)輪進口直徑D1與轉(zhuǎn)輪出口直徑D2比值為1.5?2.0，轉(zhuǎn)輪進口邊高度bI與轉(zhuǎn)輪進口直徑Dl比值為0.05?0.08，單級轉(zhuǎn)輪的比轉(zhuǎn)速為50?70m.kW，從工業(yè)減壓系統(tǒng)高壓測來的高壓流體通過進水管進入首級導葉，流體在首級導葉中形成必要的環(huán)量后，流入首級轉(zhuǎn)輪做功，做功后的流體以軸向從首級轉(zhuǎn)輪的出液口流出，繼續(xù)進入次級水力透平級的第一級，首先進入第一級次級水力透平級的次級導葉，所述的次級導葉為空間導葉，即從上一級來的流體以軸向進入導葉流道，在流道中逐漸改變方向，在導葉出口處以一定的環(huán)量從徑向流出，流體經(jīng)過次級導葉形成必要的環(huán)量后進入次級轉(zhuǎn)輪做功，做功后的流體以軸向繼續(xù)進入次級水力透平級的下一級，以此類推；從最后一級的次級轉(zhuǎn)輪流出的流體經(jīng)尾水管排入工業(yè)流體減壓系統(tǒng)的低壓管道；各級轉(zhuǎn)輪做功所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)機械能由主軸輸出，主軸的轉(zhuǎn)速為1500?3000r/min，與常用的三相交流同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速相匹配，主軸伸出機殼的一端可以實現(xiàn)與發(fā)電機的無減速機直聯(lián)，提高了裝置效率及可靠性。
[0006]本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎獨特，單級水力透平具有較高的流體比能，單級轉(zhuǎn)輪的比轉(zhuǎn)速在50?70m.kW之間，可利用100?200m水頭，實現(xiàn)與發(fā)電機的無減速機直聯(lián)，提高了裝置效率及可靠性，回收效率高，安全可靠，使用方便，效果好，有良好的社會和經(jīng)濟效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明的剖面主視圖。
[0008]圖2為本發(fā)明次級水力的剖面主視圖。
[0009]圖3為本發(fā)明次級導葉的俯視圖。
[0010]圖4為本發(fā)明首級轉(zhuǎn)輪和次級轉(zhuǎn)輪的俯視圖。

【具體實施方式】
[0011]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細說明。
[0012]由圖1-4給出，本發(fā)明包括機殼、轉(zhuǎn)輪和導葉，機殼內(nèi)經(jīng)軸承8豎直裝有上端伸出機殼上部的主軸5，機殼內(nèi)的主軸5上經(jīng)軸承自上而下依次裝有首級水力透平級和至少一個次級水力透平級，首級水力透平級上方的機殼上設(shè)置有與其進水端相連通的進水管9，最底端的一個次級水力透平級的下方在機殼上設(shè)置有與其出水端相連通的尾水管4，所述的首級水力透平級包括上、下并排裝在主軸上的首級導葉1-1和首級轉(zhuǎn)輪1-2，所述的次級水力透平級包括上、下并排裝在主軸上的次級導葉2-1和與首級轉(zhuǎn)輪1-2結(jié)構(gòu)相同的次級轉(zhuǎn)輪2-2，首級轉(zhuǎn)輪1-2和次級轉(zhuǎn)輪2-2的轉(zhuǎn)輪進口直徑D1與轉(zhuǎn)輪出口直徑D2比值為1.5?
2.0，轉(zhuǎn)輪進口邊高度bl與轉(zhuǎn)輪進口直徑Dl比值為0.05?0.08，單級轉(zhuǎn)輪的比轉(zhuǎn)速為50?70m.kff (所述的比轉(zhuǎn)速為水頭為lm、發(fā)出I匹功率且機械效率為100%時水輪機自身的轉(zhuǎn)速)，從工業(yè)減壓系統(tǒng)高壓測來的高壓流體通過進水管9進入首級導葉1-1，流體在首級導葉中形成必要的環(huán)量后，流入首級轉(zhuǎn)輪1-2做功，做功后的流體以軸向從首級轉(zhuǎn)輪的出液口流出，繼續(xù)進入次級水力透平級的第一級，首先進入第一級次級水力透平級的次級導葉，所述的次級導葉為空間導葉，即從上一級來的流體以軸向進入導葉流道，在流道中逐漸改變方向，在導葉出口處以一定的環(huán)量從徑向流出，流體經(jīng)過次級導葉形成必要的環(huán)量后進入次級轉(zhuǎn)輪2-2做功，做功后的流體以軸向繼續(xù)進入次級水力透平級的下一級，以此類推；從最后一級的次級轉(zhuǎn)輪流出的流體經(jīng)尾水管4排入工業(yè)流體減壓系統(tǒng)的低壓管道；各級轉(zhuǎn)輪做功所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)機械能由主軸5輸出，主軸的轉(zhuǎn)速為1500?3000r/min，與常用的三相交流同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速相匹配，主軸伸出機殼的一端可以實現(xiàn)與發(fā)電機的無減速機直聯(lián)，提高了裝置效率及可靠性。
[0013]為保證使用效果，所述的機殼為橫截面為圓形的罐式流道，罐式流道上在每個次級水力透平級處均設(shè)置有軸截面呈半圓形的凸起部2，使機殼一側(cè)的軸截面呈S形，次級導葉2-1和次級轉(zhuǎn)輪2-2裝在凸起部的中心，構(gòu)成一個獨立工作級，由這樣的多個獨立工作級串聯(lián)可方便地構(gòu)成任意級數(shù)的多級水輪機，實現(xiàn)對不同行業(yè)流體高余壓的回收，且結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸較小。
[0014]所述的首級導葉、次級導葉與主軸之間均設(shè)置有軸密封6 ;所述的主軸5與機殼之間設(shè)置有主軸密封7 ;所述的首級水力透平級的進液端在機殼內(nèi)設(shè)置有貫流式引水室1，將從進水管9水平進入的流體轉(zhuǎn)換為軸向進入首級導葉1-1 ;所述的主軸5伸出機殼的一端與三相交流同步發(fā)電機相連；所述的主軸5下端裝有泄水錐3。
[0015]本發(fā)明經(jīng)實際使用，效果非常好，見如下試驗1、2:
試驗1:
工業(yè)流體高余壓回收超低比轉(zhuǎn)速多級水輪機針對某化工廠脫碳減壓系統(tǒng)，脫碳液為醋酸丙烯酯，系統(tǒng)為發(fā)電裝置提供的余壓為3.0MPa，提供的流量為880 m3/h(0.lm3/s)。采用首級水力透平級和一個次級水力透平級對余壓進行回收利用，單級水力透平的比轉(zhuǎn)速為65m.kW，單級轉(zhuǎn)輪利用的余壓為1.5MPa。水力透平的轉(zhuǎn)輪標稱直徑D1為0.36m，轉(zhuǎn)輪進口高度I3l=CXOSD1,轉(zhuǎn)輪出口直徑D1=2D2，水輪機額定轉(zhuǎn)速為1500r/min。多級水力透平的總出力為590KW，直聯(lián)驅(qū)動出力為490kW三相同步交流發(fā)電機組進行發(fā)電。
[0016]試驗2:
工業(yè)流體高余壓回收超低比轉(zhuǎn)速多級水輪機針對某化工廠脫硫系統(tǒng)。系統(tǒng)為發(fā)電裝置提供的余壓為14.0MPa,提供的流量為380 m3/h (0.lm3/s)，首級水力透平級和6個次級水力透平級對余壓進行回收利用。單級水力透平的比轉(zhuǎn)速為55m.kW，利用的余壓為2.0MPa0水力透平的轉(zhuǎn)輪標稱直徑D1為0.24m,轉(zhuǎn)輪進口高度Id1=0.065D1； D1=L 5D2,額定轉(zhuǎn)速為3000r/min。多級水力透平的總出力為875KW，直聯(lián)驅(qū)動出力為765kW三相同步交流發(fā)電機組進行發(fā)電。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1、本發(fā)明采用多級水輪機按照超低比轉(zhuǎn)速設(shè)計，使單級水力透平具有較高的流體比能，單級轉(zhuǎn)輪的比轉(zhuǎn)速在50?70m.kW之間，可利用100?200m水頭。多級水力透平可以在較少級數(shù)的情況下實現(xiàn)對高余壓的回收利用，同時，其轉(zhuǎn)速保持在1500?3000r/min之間，與常用的三相交流同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速相匹配，可以實現(xiàn)與發(fā)電機的無減速機直聯(lián)，大大提高了裝置效率及可靠性；
2、本發(fā)明的采用了類似深井泵的結(jié)構(gòu)形式進行多級水輪機的總體設(shè)計，并采用非蝸殼型等斷面環(huán)形流道、空間導葉和混流式轉(zhuǎn)輪構(gòu)成水輪機的獨立工作級，由這樣的多個獨立工作級串聯(lián)可方便地構(gòu)成任意級數(shù)的多級水輪機，實現(xiàn)對不同行業(yè)流體高余壓的回收，使多級水輪機的結(jié)構(gòu)高效、簡潔，易于制造；
3、可廣泛應用于各類流體高余壓回收的場合，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，或驅(qū)動水泵工作，回收無謂丟棄的能量，有良好的社會和經(jīng)濟效益。
【權(quán)利要求】
1.一種工業(yè)流體高余壓回收超低比轉(zhuǎn)速多級水輪機，包括機殼、轉(zhuǎn)輪和導葉，其特征在于，機殼內(nèi)經(jīng)軸承(8)豎直裝有上端伸出機殼上部的主軸(5)，機殼內(nèi)的主軸(5)上自上而下依次裝有首級水力透平級和至少一個次級水力透平級，首級水力透平級上方的機殼上設(shè)置有與其進水端相連通的進水管(9)，最底端的一個次級水力透平級的下方在機殼上設(shè)置有與其出水端相連通的尾水管(4)，所述的首級水力透平級包括上、下并排裝在主軸上的首級導葉(1-1)和首級轉(zhuǎn)輪(1-2)，所述的次級水力透平級包括上、下并排裝在主軸上的次級導葉(2-1)和與首級轉(zhuǎn)輪(1-2)結(jié)構(gòu)相同的次級轉(zhuǎn)輪(2-2)，首級轉(zhuǎn)輪(1-2)和次級轉(zhuǎn)輪(2-2)的轉(zhuǎn)輪進口直SD1與轉(zhuǎn)輪出口直徑D2比值為1.5?2.0，轉(zhuǎn)輪進口邊高度bl與轉(zhuǎn)輪進口直徑Dl比值為0.05?0.08，單級轉(zhuǎn)輪的比轉(zhuǎn)速為50?70m.kff,從工業(yè)減壓系統(tǒng)高壓測來的高壓流體通過進水管(9)進入首級導葉(1-1)，流體在首級導葉中形成必要的環(huán)量后，流入首級轉(zhuǎn)輪(1-2)做功，做功后的流體以軸向從首級轉(zhuǎn)輪的出液口流出，繼續(xù)進入次級水力透平級的第一級，首先進入第一級次級水力透平級的次級導葉，所述的次級導葉為空間導葉，即從上一級來的流體以軸向進入導葉流道，在流道中逐漸改變方向，在導葉出口處以一定的環(huán)量從徑向流出，流體經(jīng)過次級導葉形成必要的環(huán)量后進入次級轉(zhuǎn)輪(2-2)做功，做功后的流體以軸向繼續(xù)進入次級水力透平級的下一級，以此類推；從最后一級的次級轉(zhuǎn)輪流出的流體經(jīng)尾水管(4)排入工業(yè)流體減壓系統(tǒng)的低壓管道；各級轉(zhuǎn)輪做功所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)機械能由主軸(5)輸出，主軸的轉(zhuǎn)速為1500?3000r/min，與常用的三相交流同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速相匹配，主軸伸出機殼的一端可以實現(xiàn)與發(fā)電機的無減速機直聯(lián)，提高了裝置效率及可靠性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)流體高余壓回收超低比轉(zhuǎn)速多級水輪機，其特征在于，所述的機殼為橫截面為圓形的罐式流道，罐式流道上在每個次級水力透平級處均設(shè)置有軸截面呈半圓形的凸起部(2)，次級導葉(2-1)和次級轉(zhuǎn)輪(2-2)裝在凸起部的中心，構(gòu)成一個獨立工作級，由這樣的多個獨立工作級串聯(lián)可方便地構(gòu)成任意級數(shù)的多級水輪機，實現(xiàn)對不同行業(yè)流體高余壓的回收，且結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸較小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)流體高余壓回收超低比轉(zhuǎn)速多級水輪機，所述的首級導葉、次級導葉與主軸之間均設(shè)置有軸密封(6 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)流體高余壓回收超低比轉(zhuǎn)速多級水輪機，所述的主軸(5)與機殼之間設(shè)置有主軸密封(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)流體高余壓回收超低比轉(zhuǎn)速多級水輪機，所述的首級水力透平級的進液端在機殼內(nèi)設(shè)置有貫流式引水室(1)，將從進水管(9)水平進入的流體轉(zhuǎn)換為軸向進入首級導葉(1-1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)流體高余壓回收超低比轉(zhuǎn)速多級水輪機，所述的主軸(5 )伸出機殼的一端與三相交流同步發(fā)電機相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)流體高余壓回收超低比轉(zhuǎn)速多級水輪機，所述的主軸(5)下端裝有泄水錐(3)。
【文檔編號】F03B3/16GK104131942SQ201410408215
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】陳德新, 龐輝春, 戴健, 李延頻 申請人:河南新飛紀元科技有限公司