一种用于ORC发电装置的向心叶轮制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于中低温余热回收再利用技术领域，具体涉及一种用于ORC发电装置的向心叶轮，包括中心设置安装孔的轮盘和在轮盘的正面均匀布置的多个叶片，相邻的两个叶片之间构成流道；轮盘的背面自内向外同轴设置有一个圆形凹槽和一个环形凸台；安装孔的孔径沿轮盘轴向自背面向正面依次减小；叶片包括沿轮盘径向自外向内设置的直线延伸的直流部和螺旋扭曲的导向部；轮盘正面的安装孔周围设置有一个周向定位槽和多个轴向螺纹孔。本实用新型专利技术提供的用于ORC发电装置的向心叶轮具有级焓降大、单级膨胀比高的优点，可以在较宽的振动频率带上保持高工作转速和大离心负荷的持续稳定运行，既高效又安全可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种用于ORC发电装置的向心叶轮
本技术属于中低温余热回收再利用
，具体涉及一种用于ORC发电装置的向心叶轮。
技术介绍
节能减排是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。工业余热的回收再利用是节能减排的关键措施，尤其是中低品位的余热利用，具有非常重要的意义。有机郎肯循环(ORC)发电是一种有效地低品位余热回收技术，ORC发电是采用有机工质过热气体代替水蒸汽推动涡轮机做功的，但由于有机工质分子量大、临界温度和压力低、热物性等与常规水蒸汽显著不同，所以涡轮设计成为制约ORC发展的核心技术。
技术实现思路
为了解决现有涡轮制约ORC发电工作效率的技术问题，本技术提供一种用于ORC发电装置的向心叶轮。本技术的技术解决方案是：一种用于ORC发电装置的向心叶轮，其特征在于：包括中心设置安装孔的轮盘和在轮盘的正面均匀布置的多个叶片，相邻的两个叶片之间构成流道；所述轮盘的背面自内向外同轴设置有一个圆形凹槽和一个环状凸台；所述安装孔的孔径沿轮盘轴向自背面向正面依次减小；所述叶片包括沿轮盘径向自外向内设置的直线延伸的直流部和螺旋扭曲的导向部；所述叶片的高度沿轮盘径向自外向内依次增加，叶片的厚度自根部向顶部依次减小，叶片的根部与轮盘的正面连接为一体；所述叶片位于安装孔一侧的端面设置倒圆角，倒角半径自根部向顶部线性减小；轮盘正面的安装孔周围设置有一个周向定位槽和多个轴向螺纹孔。较佳地，上述环状凸台的外圆周上设置有迷宫齿密封结构，不仅有效地降低了轮盘背面工质的泄漏量，而且减小了叶轮所受的轴向推力。较佳地，上述叶片的根部与轮盘的正面连接处设置倒圆角，倒角半径沿轮盘径向自外向内线性减小，最大化提高叶片与轮盘的连接强度。较佳地，每两个相邻叶片之间的流道内均设置有一个贯通轮盘的平衡孔，所有平衡孔在同一个圆周上，且均匀分布，使得轴向推力保证在一个合适的范围内。较佳地，上述平衡孔在轮盘背面的出口处设置倒圆角，可以防止小半径孔带来的局部应力集中。较佳地，叶片的数量是周向定位槽和轴向螺纹孔数量之和的整数倍，周向定位槽与轴向螺纹孔均位于两相邻叶片之间，可以有效地避免削弱叶片的强度。较佳地，上述安装孔内设置有螺纹状导油槽，用于在安装或拆卸向心叶轮时有效地填充液压油。较佳地，上述向心叶轮还包括紧固装置，所述紧固装置包括安装轴、垫片和螺母，所述安装轴依次穿过安装孔和垫片后与螺母相连；所述安装轴包括一个锥形安装段、一个圆柱段和位于圆柱段顶端的与螺母相适配的螺纹段；所述锥形安装段的外圆周面与所述安装孔内的锥形面过盈连接；所述螺纹段的外圆周面与螺母连接，外圆周面上设置有一个沿轴向的键槽；所述垫片朝向轮盘的侧面上设置有一个周向定位键，所述周向定位键与所述周向定位槽相适配；所述垫片的内圆周上设置有一个轴向键，所述周向定位键与所述螺纹段的键槽相适配。较佳地，上述螺母的外端面上均匀设置有数个凹槽；所述垫片的轴向键在朝向螺母的方向上设置有延伸段，所述延伸段与螺母外端面上的凹槽相适配。较佳地，上述螺母的凹槽在平行于垫片的外端面上径向设置，所述轴向键的延伸段沿径向弯折后与所述凹槽相适配。本技术的有益效果在于：(1)本技术提供的用于ORC发电装置的向心叶轮具有级焓降大、单级膨胀比高的优点，可以在较宽的振动频率带上保持高工作转速和大离心负荷的持续稳定运行，既高效又安全可靠。(2)本技术通过在向心叶轮的背面设置环状凸台，一方面增加了叶轮的强度，另一方面可以通过调整环状凸台的位置和尺寸来调整叶轮的固有频率，避免叶轮发生共振。(3)本技术提供的用于ORC发电装置的向心叶轮的紧固装置可以对向心叶轮进行稳固的轴向定位和径向定位，叶轮在重复装拆时省去了动平衡检测，节约了大量成本，有效地提高了经济性。附图说明图1为本技术用于ORC发电装置的向心叶轮的较佳实施例三维视图。图2为本技术用于ORC发电装置的向心叶轮的较佳实施例剖面视图。图3为本技术用于ORC发电装置的向心叶轮的紧固装置结构示意图。其中，附图标记为：10-向心叶轮，11-周向定位槽，12-叶片，13-轮盘，14-平衡孔，15-轴向螺纹孔，16-安装孔，17-迷宫齿密封，18-环状凸台，19-圆形凹槽，20-安装轴，21-锥形安装段，22-圆柱段，23-螺纹段，24-键槽，30-垫片，31-周向定位键，32-轴向键，40-螺母，41-凹槽，42-螺母螺纹孔。具体实施方式参见图1-2，本技术提供的用于ORC发电装置的向心叶轮的较佳实施例结构包括轮盘13和多个叶片12，轮盘13的中心设置有安装孔16，相邻的两个叶片12之间构成流道，安装孔16的孔径沿轮盘13轴向自背面向正面依次减小。轮盘13的背面设置有一个圆形凹槽19和环状凸台18，在安装使用时构成阶梯状的环形腔室。本实施例中轮盘13的外径为300mm。叶片12包括沿轮盘13径向自外向内设置的直线延伸的直流部和螺旋扭曲的导向部；叶片12的高度沿轮盘13径向自外向内依次增加，叶片12的厚度自根部向顶部依次减小，叶片12的根部与轮盘13的正面连接为一体。叶片12的根部与轮盘13的正面连接处设置倒圆角，倒角半径沿轮盘径向自外向内由R4mm线性变为R5mm，最大化提高叶片与轮盘的连接强度。轮盘正面的安装孔16周围设置有一个周向定位槽11和四个轴向螺纹孔15，所有的轴向螺纹孔位于同一个圆周上。周向定位槽11用于对向心叶轮进行周向固定。轴向螺纹孔15沿轮盘的轴向设置，方便向心叶轮的拆卸。安装孔16内还设置有螺纹状导油槽，用于在安装或拆卸向心叶轮时填充液压油。本实施例中叶片个数为15个，每两个相邻的叶片之间均设置有一个贯通轮盘的平衡孔14，使得轴向推力保证在一个合适的范围内。平衡孔14的直径为4mm，综合平衡孔对流动的影响和工艺要求，平衡孔中心位置布置在以叶轮轴线为中心，直径为75mm～80mm的圆周上。为了防止小半径带来的局部应力集中，叶轮背部平衡孔入口设有导圆角φ1mm。环状凸台18的设置一方面增加了叶轮的强度，另一方面可以通过调整环状凸台的位置和尺寸来调整叶轮的固有频率，避免叶轮发生共振。本实施例中，经过有限元分析，当环状凸台18的最小直径取φ165mm～φ175mm，轴向长度取10mm，径向高度取12.5mm时，叶轮共振满足安全裕度要求。进一步的，环状凸台18的外圆周上设置迷宫齿密封17，不仅有效地降低了泄漏量，而且减小了轴向推力。本实施例中，经过有限元分析，当迷宫齿的径向间隙小于0.4mm时，泄漏量和轴向推力显著减小，密封效果显著增加，而且迷宫齿径向间隙越小，密封能力越强。本技术的叶轮型线是在一维设计的基础上，进行三维曲面成型设计，叶型截面采用中弧线加厚度方式定义，三维积叠采取非直纹的三维自由曲面蒙皮成型，子午面型线则采取三阶Bezier曲线构造。设计的叶轮在额定工况下轮周效率高达88％，叶轮可以在比较宽的范围内高效率运行，满足工业余热利用的变工况性能要求。参见图3，本实施例中的向心叶轮还包括紧固装置，紧固装置包括安装轴20、垫片30和螺母40，安装轴20依次穿过安装孔16和垫片30后与螺母40相连。安装轴20包括一个锥形安装段21、圆柱段22和位于圆柱段顶端的与螺母40相适配的螺纹段23，锥形安装段21的外圆周面是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于ORC发电装置的向心叶轮，其特征在于：包括中心设置安装孔的轮盘和在轮盘的正面均匀布置的多个叶片，相邻的两个叶片之间构成流道；所述轮盘的背面自内向外同轴设置有一个圆形凹槽和一个环状凸台；所述安装孔的孔径沿轮盘轴向自背面向正面依次减小；所述叶片包括沿轮盘径向自外向内设置的直线延伸的直流部和螺旋扭曲的导向部；所述叶片的高度沿轮盘径向自外向内依次增加，叶片的厚度自根部向顶部依次减小，叶片的根部与轮盘的正面连接为一体；轮盘正面的安装孔周围设置有一个周向定位槽和多个轴向螺纹孔。

【技术特征摘要】
1.一种用于ORC发电装置的向心叶轮，其特征在于：包括中心设置安装孔的轮盘和在轮盘的正面均匀布置的多个叶片，相邻的两个叶片之间构成流道；所述轮盘的背面自内向外同轴设置有一个圆形凹槽和一个环状凸台；所述安装孔的孔径沿轮盘轴向自背面向正面依次减小；所述叶片包括沿轮盘径向自外向内设置的直线延伸的直流部和螺旋扭曲的导向部；所述叶片的高度沿轮盘径向自外向内依次增加，叶片的厚度自根部向顶部依次减小，叶片的根部与轮盘的正面连接为一体；轮盘正面的安装孔周围设置有一个周向定位槽和多个轴向螺纹孔。2.根据权利要求1所述的用于ORC发电装置的向心叶轮，其特征在于：所述环状凸台的外圆周上设置有迷宫齿密封结构。3.根据权利要求2所述的用于ORC发电装置的向心叶轮，其特征在于：所述叶片的根部与轮盘的正面连接处设置倒圆角，倒角半径沿轮盘径向自外向内线性减小。4.根据权利要求3所述的用于ORC发电装置的向心叶轮，其特征在于：每两个相邻叶片之间的流道内均设置有一个贯通轮盘的平衡孔，所有平衡孔在同一个圆周上均匀布置。5.根据权利要求4所述的用于ORC发电装置的向心叶轮，其特征在于：所述平衡孔在轮盘背面的出口处设置倒圆角。6.根据权利要求5所述的用于ORC发电装置的向心叶轮，其特征在于：所述周向定位槽与轴向螺纹孔沿圆周均匀布置，叶片的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘乐，赵武，巫志华，陶加银，王凯，赵俊伟，李顺，段捷，黄智勇，
申请(专利权)人：航天推进技术研究院，
类型：新型
国别省市：陕西,61