一種噴氣式葉輪廢氣流發(fā)電裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種噴氣式葉輪廢氣流發(fā)電裝置，包括進(jìn)口腔、聚氣罩、氣動旋轉(zhuǎn)接頭、噴氣式葉輪、一級傳動軸、齒輪、二級傳動軸和發(fā)電機(jī)組；進(jìn)口腔末端連接聚氣罩入口；聚氣罩出口連接氣動旋轉(zhuǎn)接頭外管；氣動旋轉(zhuǎn)接頭的內(nèi)管連接噴氣式葉輪；噴氣式葉輪中心固定一級傳動軸，一級傳動軸通過齒輪連接二級傳動軸，二級傳動軸連接發(fā)電機(jī)組；聚氣罩為漸縮型噴管，出口內(nèi)徑小于進(jìn)口內(nèi)徑；噴氣式葉輪包括多個中空葉片，中空葉片為扭曲葉片，其入口端與軸線平行，出口端所在平面與一級傳動軸相垂直；多個中空葉片的扭曲方向相同；中空葉片的中空流道為漸縮型流道，其出口內(nèi)徑小于進(jìn)口內(nèi)徑。本裝置將廢氣壓能轉(zhuǎn)換成電能，提高廢氣利用率，達(dá)到節(jié)能減排的效果。
【專利說明】
一種噴氣式葉輪廢氣流發(fā)電裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于氣體透平技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種噴氣式葉輪廢氣流發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]能源問題已成為當(dāng)今世界備受關(guān)注的問題。伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國面臨著日益突出的能源挑戰(zhàn)，而我國是能源生產(chǎn)和能源消費(fèi)大國，已成為僅次于美國的世界第二大能源生產(chǎn)國和消費(fèi)國。另一方面，我國的工業(yè)獲得了快速的發(fā)展，同時能源消耗量和廢氣排放量也大幅度增加。中國的資源并不豐富且生態(tài)環(huán)境較為脆弱，傳統(tǒng)的粗放型增長模式難以為繼，中國的可持續(xù)增長難以回避能源和環(huán)境問題。如何節(jié)約能源和獲得收益是中國重工企業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)。因此，改變能源傳統(tǒng)利用技術(shù)，提高能源利用率對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保護(hù)環(huán)境具有重要意義。在工業(yè)用能中，有近60%_65%的能源轉(zhuǎn)化成為余壓余熱資源，若對其合理利用可大幅提高能源利用效率。目前余壓余熱利用最多的國家是美國，利用率達(dá)60%，歐洲的利用率是50%，我國只有30%。所以，我國在余熱余能利用領(lǐng)域仍有很大的發(fā)展空間。我國余壓余熱利用主要以余熱鍋爐匹配汽輪機(jī)所組成的汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)為主。雖然這種技術(shù)已在鋼鐵、冶金等含有高溫廢氣的行業(yè)得到了應(yīng)用，但在中低溫余壓廢氣資源領(lǐng)域利用技術(shù)方面較為薄弱。因此，考慮到中低溫余壓廢氣利用空間巨大，有必要設(shè)計(jì)一種利用中低溫余壓廢氣進(jìn)行發(fā)電的裝置。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的中低溫余壓廢氣利用方式和利用率不足，本實(shí)用新型提供了一種噴氣式葉輪廢氣流發(fā)電裝置，通過本裝置可以回收利用多種有壓廢氣，將廢氣壓能轉(zhuǎn)換成電能，提高廢氣利用率，獲得一定經(jīng)濟(jì)效益的同時達(dá)到節(jié)能的效果。
[0004]本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0005]一種噴氣式葉輪廢氣流發(fā)電裝置，包括進(jìn)口腔、聚氣罩、氣動旋轉(zhuǎn)接頭、噴氣式葉輪、一級傳動軸、齒輪、二級傳動軸和發(fā)電機(jī)組;所述進(jìn)口腔末端連接聚氣罩入口；所述聚氣罩出口連接氣動旋轉(zhuǎn)接頭的外管;所述氣動旋轉(zhuǎn)接頭的內(nèi)管連接噴氣式葉輪;所述噴氣式葉輪中心固定一級傳動軸的一端，一級傳動軸的另一端通過齒輪連接二級傳動軸的一端；二級傳動軸的另一端連接發(fā)電機(jī)組;齒輪位于齒輪變速箱內(nèi)；所述聚氣罩為漸縮型噴管，其出口內(nèi)徑小于進(jìn)口內(nèi)徑;所述噴氣式葉輪包括多個中空葉片，所述中空葉片為扭曲葉片，其入口端與軸線平行，出口端所在平面與一級傳動軸相垂直;多個中空葉片的扭曲方向相同；所述中空葉片的中空流道為漸縮型流道，其出口內(nèi)徑小于進(jìn)口內(nèi)徑。
[0006]進(jìn)一步的，所述中空葉片的出口端切線方向與出口端圓周方向的半徑相垂直。
[0007]進(jìn)一步的，所述聚氣罩從進(jìn)口到出口的過渡為流線型，聚氣罩的進(jìn)口、出口面積之比為5:1?8:1。
[0008]進(jìn)一步的，每個所述中空葉片的中空流道的進(jìn)口、出口面積之比為1.2:1?3:1，且從進(jìn)口到出口的過渡為流線型。
[0009]進(jìn)一步的，所述中空流道的橫截面為橢圓形，橢圓的長軸與短軸的比例為2:1，且長軸與翼弦重合，短軸位于翼型的最大厚度處。
[0010]進(jìn)一步的，所述中空葉片的翼型采用無攻角的對稱翼型。
[0011 ]進(jìn)一步的，所述進(jìn)口腔內(nèi)設(shè)有除塵裝置。
[0012]進(jìn)一步的，所述除塵裝置為百葉窗式慣性除塵器。
[0013]進(jìn)一步的，所述進(jìn)口腔底部設(shè)有集塵口。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果:
[0015](I)本實(shí)用新型的一種噴氣式葉輪廢氣流發(fā)電裝置，利用聚氣罩、氣動旋轉(zhuǎn)接頭、噴氣式葉輪將廢氣回收集聚，并將氣體壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能通過一級傳動軸、齒輪、二級傳動軸傳遞至發(fā)電機(jī)組，轉(zhuǎn)化為電能，提高廢氣利用率，在獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益的同時也達(dá)到了節(jié)能的效果。
[0016](2)本實(shí)用新型裝置改變傳統(tǒng)透平的能量利用形式，在廢氣壓強(qiáng)較小時可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立啟動，高效區(qū)較寬，并且能夠高效發(fā)電；本實(shí)用新型中廢氣由透平內(nèi)部通過，有效降低噪聲污染，避免了廢氣與發(fā)電設(shè)備的直接接觸，延長了設(shè)備的使用壽命;本實(shí)用新型葉片翼型為對稱翼型斷面形狀，省去了繁雜的翼型設(shè)計(jì)過程，同時減小了葉片在旋轉(zhuǎn)過程中的阻力。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型所述噴氣式葉輪廢氣流發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為噴氣式葉輪立體圖。
[0019]圖3為噴氣式葉輪結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]附圖標(biāo)記說明如下:
[0021]1-進(jìn)口腔，2-除塵裝置，3-集塵口，4-聚氣罩，5-氣動旋轉(zhuǎn)接頭，6-噴氣式葉輪，7-葉片出口，8-—級傳動軸，9-齒輪變速箱，I O-齒輪，11-二級傳動軸，12-發(fā)電機(jī)組。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不限于此。
[0023]如圖1所示，一種噴氣式葉輪廢氣流發(fā)電裝置，包括進(jìn)口腔1、除塵裝置2、集塵口3、聚氣罩4、氣動旋轉(zhuǎn)接頭5、噴氣式葉輪6、葉片出口 7、一級傳動軸8、齒輪變速箱9、齒輪10、二級傳動軸11和發(fā)電機(jī)組12。所述進(jìn)口腔I內(nèi)部上方設(shè)有除塵裝置2，本實(shí)施例中選取百葉窗式慣性除塵器，用于阻擋廢氣中的粉塵;在進(jìn)口腔I下方設(shè)置集塵口 3，以方便清理粉塵。
[0024]所述聚氣罩4為漸縮型噴管，其出口內(nèi)徑小于進(jìn)口內(nèi)徑;從進(jìn)口到出口的過渡為流線型，其進(jìn)口、出口面積之比為5:1?8:1，使得廢氣壓能轉(zhuǎn)化成動能，達(dá)到在聚氣罩4出口壓力為當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)的1.8倍左右;所述進(jìn)口腔I末端連接聚氣罩4的入口 ；所述聚氣罩4的出口螺紋連接氣動旋轉(zhuǎn)接頭5的外管;所述氣動旋轉(zhuǎn)接頭5的內(nèi)管螺紋連接噴氣式葉輪6。
[0025]如圖2和圖3所示，所述噴氣式葉輪6包括4個或6個中空葉片，中空葉片為扭曲葉片，其入口端與軸線平行，出口端所在平面與一級傳動軸的軸面相垂直;多個中空葉片的扭曲方向相同;所述中空葉片的中空流道為漸縮型流道，其出口內(nèi)徑小于進(jìn)口內(nèi)徑；以使得高壓氣體進(jìn)入噴氣式葉片內(nèi)管道首先為軸向流動，然后由軸向流動轉(zhuǎn)為徑向流動，最后沿周向噴出，每個方向的過渡為平滑過渡;所述葉片出口 7的切線方向與一級傳動軸垂直且與周向半徑垂直;所述每個中空葉片的中空流道為漸縮型流道，且從進(jìn)口到出口的過渡為流線型，其進(jìn)口內(nèi)徑大于出口內(nèi)徑，進(jìn)口、出口面積之比為1.2:1?3:1，橫截面為橢圓形，橢圓的長軸與短軸的比例為2:1，且長軸與翼弦重合，短軸位于翼型的最大厚度處，流道的管壁厚度的確定是根據(jù)廢氣壓強(qiáng)和葉輪的大小進(jìn)行設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核。由于動力源是由廢氣與葉片中空流道相互作用產(chǎn)生的作用力，而不是由翼型外部產(chǎn)生的壓差力，所以翼型可以設(shè)計(jì)成無攻角的對稱翼型，并對現(xiàn)有的翼型進(jìn)行加厚改進(jìn)，以確保中空流道足夠大。這種氣體內(nèi)流的噴氣式葉片改變了傳統(tǒng)透平機(jī)氣體繞流葉片的驅(qū)動方式，不僅提高了氣流的利用率，保護(hù)發(fā)電機(jī)不被高溫氣體損傷，同時翼型的設(shè)計(jì)無需考慮升阻比的問題，只需使葉片所受的阻力最小。對稱式翼型使邊界層分離延后，增強(qiáng)了葉片的穩(wěn)定性。根據(jù)廢氣的壓強(qiáng)選擇合適的流道錐度，使得在葉輪出口壓力達(dá)到當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)的1.2倍左右。所述噴氣式葉輪6中心固定連接一級傳動軸8的一端，一級傳動軸8的另一端通過齒輪變速箱9中的齒輪10連接二級傳動軸11的一端;二級傳動軸11的另一端連接發(fā)電機(jī)組12。本實(shí)用新型通過聚氣罩4、氣動旋轉(zhuǎn)接頭5和噴氣式葉輪6的組合，將廢氣壓能轉(zhuǎn)化為動能，并在葉片出口處達(dá)到最大值，進(jìn)而通過一級傳動軸8、齒輪變速箱9、齒輪10將扭矩傳遞至發(fā)電機(jī)組12，轉(zhuǎn)換為電能，提高廢氣利用率，在獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益的同時也達(dá)到了節(jié)能減排的效果。
[0026]工作過程:
[0027]廢氣從進(jìn)口腔I流入，經(jīng)除塵裝置將廢氣中粉塵去除，使氣流凈化;除塵后的氣體從聚氣罩4大口端進(jìn)入，小口端流出，提高流速，該過程是氣流的第一次加速;隨后經(jīng)氣動旋轉(zhuǎn)接頭5后進(jìn)入噴氣式葉輪6，氣流進(jìn)入中空葉片內(nèi)的管道首先為軸向流動，然后由軸向流動轉(zhuǎn)為徑向流動，最后沿周向噴出，每個方向的過渡為平滑過渡，在該漸縮型中空流道中，氣體得到第二次加速，最后氣體從葉片出口 7噴出，驅(qū)動噴氣式葉輪6轉(zhuǎn)動，經(jīng)過一級傳動軸8帶動齒輪10運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的，最終由二級傳動軸11帶動發(fā)電機(jī)組12發(fā)電。
[0028]所述實(shí)施例為本實(shí)用新型的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種噴氣式葉輪廢氣流發(fā)電裝置，其特征在于，包括進(jìn)口腔(I)、聚氣罩(4)、氣動旋轉(zhuǎn)接頭(5)、噴氣式葉輪(6)、一級傳動軸(8)、齒輪(10)、二級傳動軸(11)和發(fā)電機(jī)組(12);所述進(jìn)口腔(I)末端連接聚氣罩(4)入口 ；所述聚氣罩(4)出口連接氣動旋轉(zhuǎn)接頭(5)的外管;所述氣動旋轉(zhuǎn)接頭(5)的內(nèi)管連接噴氣式葉輪(6);所述噴氣式葉輪(6)中心固定一級傳動軸(8)的一端，一級傳動軸(8)的另一端通過齒輪(10)連接二級傳動軸(11)的一端;二級傳動軸(11)的另一端連接發(fā)電機(jī)組(12);齒輪(10)位于齒輪變速箱(9)內(nèi)；所述聚氣罩(4)為漸縮型噴管，其出口內(nèi)徑小于進(jìn)口內(nèi)徑;所述噴氣式葉輪(6)包括多個中空葉片，所述中空葉片為扭曲葉片，其入口端與軸線平行，出口端所在平面與一級傳動軸相垂直;多個中空葉片的扭曲方向相同；所述中空葉片的中空流道為漸縮型流道，其出口內(nèi)徑小于進(jìn)口內(nèi)徑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種噴氣式葉輪廢氣流發(fā)電裝置，其特征在于，所述中空葉片的出口端切線方向與出口端圓周方向的半徑相垂直。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種噴氣式葉輪廢氣流發(fā)電裝置，其特征在于，所述聚氣罩(4)從進(jìn)口到出口的過渡為流線型，聚氣罩的進(jìn)口、出口面積之比為5:1?8:1。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種噴氣式葉輪廢氣流發(fā)電裝置，其特征在于，每個所述中空葉片的中空流道的進(jìn)口、出口面積之比為1.2:1?3:1，且從進(jìn)口到出口的過渡為流線型。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種噴氣式葉輪廢氣流發(fā)電裝置，其特征在于，所述中空流道的橫截面為橢圓形，橢圓的長軸與短軸的比例為1:2，且長軸與翼弦重合，短軸位于翼型的最大厚度處。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種噴氣式葉輪廢氣流發(fā)電裝置，其特征在于，所述中空葉片的翼型采用無攻角的對稱翼型。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種噴氣式葉輪廢氣流發(fā)電裝置，其特征在于，所述進(jìn)口腔(I)內(nèi)設(shè)有除塵裝置(2)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種噴氣式葉輪廢氣流發(fā)電裝置，其特征在于，所述除塵裝置為百葉窗式慣性除塵器。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種噴氣式葉輪廢氣流發(fā)電裝置，其特征在于，所述進(jìn)口腔(I)底部設(shè)有集塵口(3)。
【文檔編號】F03D1/00GK205533006SQ201620241580
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】李偉, 張揚(yáng), 施衛(wèi)東, 趙曉凡, 季磊磊, 周嶺, 蔣小平, 王川
【申請人】江蘇大學(xué)