CN110617113A - 一种尾气透平、静叶及动叶 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种尾气透平、静叶及动叶，包括机匣和安装在机匣内的转轴，机匣上安装有静叶，转轴的轮毂上安装有动叶，机匣上沿着轴向依次安装有5级静叶，转轴上沿着轴向依次安装有5级动叶，静叶和动叶依次交替布设。所述的5级静叶分别为一级静叶、二级静叶、三级静叶、四级静叶和五级静叶；所述的5级动叶分别为一级动叶、二级动叶、三级动叶、四级动叶和五级动叶；本发明的尾气透平与已知的四级尾气透平相比，效率大幅提升，最终优化方案的效率提升了2.23％，以17400kw的尾气透平为例，节能效果在原有方案基础上，每年可多回收约300万度电。

Description

一种尾气透平、静叶及动叶
技术领域
本发明属于硝酸领域，涉及双加压法硝酸四合一机组，具体涉及一种尾气透平、静叶及动叶。
背景技术
硝酸是化学工业中的基础产品，在化肥、有机、燃料、涂料、印染、塑料、冶金及国防等工业中均有重要应用，而在化学工业中消费量最大。
随着经济和产业结构的调整，面对安全及环保日益严格的需求，具有明显节能减排效应的双加压法硝酸生产备受青睐，也带动了高效、节能、环保的四合一机组的技术发展。
为了摆脱我国硝酸四合一机组受制于人的局面，硝酸四合一机组国产化从无到有，从产品开发到升级换代，并持续改进提升。
硝酸四合一机组尾透，作为节能装置，其性能直接决定了整个硝酸四合一机组的节能水平。
尾气能量回收透平装置，简称尾气透平或尾透，国产化尾透技术，经过近20年现场运行的调研、设计经验总结及多次技术提升，形成了一套成熟可靠的透平开发***，并在此基础上开发出了反动式三维弯扭叶片，尾透效率高，变工况性能良好。
为了进一步提升尾透的节能效果，需要进一步改进提升尾透技术的性能，特别是目前市场有向大型化发展的趋势，其所带来的节能收益更加明显。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种尾气透平静叶及动叶，解决现有技术中的尾气透平的节能效果尚需进一步提升的技术问题，进一步突破性提升尾透的节能效果。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种尾气透平，包括机匣和安装在机匣内的转轴，机匣上安装有静叶，转轴的轮毂上安装有动叶，机匣上沿着轴向依次安装有5级静叶，转轴上沿着轴向依次安装有5级动叶，静叶和动叶依次交替布设。
所述的5级静叶分别为一级静叶、二级静叶、三级静叶、四级静叶和五级静叶；所述的5级静叶的叶型均径处的叶型参分别为：
所述的一级静叶，弦长为53.0mm，叶宽为35.1mm，最大厚度为19.1mm，进口几何角为3.5°，出口几何角为77.8°，节距为39.8mm，喉宽为10.3mm；
所述的二级静叶，弦长为43.6mm，叶宽为29mm，最大厚度为15.4mm，进口几何角为-10.5°，出口几何角为76.7°，节距为34.6mm，喉宽为10.1mm；
所述的三级静叶，弦长为43.6mm，叶宽为29.7mm，最大厚度为15.4mm，进口几何角为-10.9°，出口几何角为75.4°，节距为34.6mm，喉宽为10.6mm；
所述的四级静叶，弦长为45.4mm，叶宽为30.7mm，最大厚度为16.3mm，进口几何角为-13.4°，出口几何角为76.1°，节距为33.4mm，喉宽为10.5mm；
所述的五级静叶，弦长为49.6mm，叶宽为36.8mm，最大厚度为17.2mm，进口几何角为-15.3°，出口几何角为71.6°，节距为36.0mm，喉宽为12.8mm；
所述的5级动叶分别为一级动叶、二级动叶、三级动叶、四级动叶和五级动叶，所述的5级动叶的叶型均径处的叶型参数分别为：
所述的一级动叶，弦长为45.5mm，叶宽为30.2mm，最大厚度为16.4mm，进口几何角为-11.9°，出口几何角为77.7°，节距为36.0mm，喉宽为9.4mm；
所述的二级动叶，弦长为45.7mm，叶宽为31.4mm，最大厚度为16.7mm，进口几何角为-9.7°，出口几何角为74.8°，节距为32.8mm，喉宽为9.2mm；
所述的三级动叶，弦长为51.4mm，叶宽为35mm，最大厚度为16.7mm，进口几何角为-4.8°，出口几何角为74.6°，节距为30.5mm，喉宽为7.9mm；
所述的四级动叶，弦长为59mm，叶宽为41.2mm，最大厚度为19.2mm，进口几何角为-1.2°，出口几何角为72.7°，节距为34mm，喉宽为9.4mm；
所述的五级动叶，弦长为65.5mm，叶宽为51.4mm，最大厚度为11.5mm，进口几何角为-11.9°，出口几何角为67.2°，节距为37mm，喉宽为12.5mm。
本发明还具有如下技术特征：
所述的一级静叶的叶片数为56，二级静叶的叶片数为60，三级静叶的叶片数为60，四级静叶的叶片数为62，五级静叶的叶片数为62。
所述的一级动叶的叶片数为62，二级动叶的叶片数为68，三级动叶的叶片数为68，四级动叶的叶片数为61，五级动叶的叶片数为56。
本发明还保护一种静叶，该静叶的叶型均径处的叶型参为：弦长为43.6mm，叶宽为29mm，最大厚度为15.4mm，进口几何角为-10.5°，出口几何角为76.7°，节距为34.6mm，喉宽为10.1mm。
本发明还保护一种静叶，该静叶的叶型均径处的叶型参为：弦长为43.6mm，叶宽为29.7mm，最大厚度为15.4mm，进口几何角为-10.9°，出口几何角为75.4°，节距为34.6mm，喉宽为10.6mm。
本发明还保护一种静叶，该静叶的叶型均径处的叶型参为：弦长为45.4mm，叶宽为30.7mm，最大厚度为16.3mm，进口几何角为-13.4°，出口几何角为76.1°，节距为33.4mm，喉宽为10.5mm。
本发明还保护一种动叶，该动叶的叶型均径处的叶型参为：弦长为51.4mm，叶宽为35mm，最大厚度为16.7mm，进口几何角为-4.8°，出口几何角为74.6°，节距为30.5mm，喉宽为7.9mm。
本发明还保护一种动叶，该动叶的叶型均径处的叶型参为：弦长为59mm，叶宽为41.2mm，最大厚度为19.2mm，进口几何角为-1.2°，出口几何角为72.7°，节距为34mm，喉宽为9.4mm。
本发明还保护一种动叶，该动叶的叶型均径处的叶型参为：弦长为65.5mm，叶宽为51.4mm，最大厚度为11.5mm，进口几何角为-11.9°，出口几何角为67.2°，节距为37mm，喉宽为12.5mm。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明的尾气透平与已知的四级尾气透平相比，效率大幅提升，最终优化方案的效率提升了2.23％，以17400kw的尾气透平为例，节能效果在原有方案基础上，每年可多回收约300万度电。
附图说明
图1是静叶、动叶、子午流道及流道均径处的结构原理示意图。
图2是叶型均径处叶型的几何参数的结构原理示意图。
图3(a)和(b)是CFD计算的对比例1的4级方案和对比例2的5级方案的总压示意图。
图3(c)和(d)是CFD计算的对比例1的4级方案和对比例2的5级方案动叶相对速度矢量示意图。
图4是本发明的尾气透平的子午流道上下壁面的结构示意图。
图5是本发明的二级静叶、三级静叶和四级静叶的二维结构示意图。
图6是本发明的二级静叶、三级静叶和四级静叶的三维结构示意图。
图7是本发明的三级动叶、四级动叶和五级动叶的二维结构示意图。
图8是本发明的三级动叶、四级动叶和五级动叶的三维结构示意图。
图9是本发明的二级静叶、三级静叶和四级静叶与对比例2的二级静叶、三级静叶和四级静叶的叶型二维对比示意图。
图10是本发明的三级动叶、四级动叶和五级动叶和对比例2的三级动叶、四级动叶和五级动叶的叶型二维对比示意图。
图中各个标号的含义为：1-机匣，2-转轴，3-轮毂，4-静叶，5-动叶，6-流道均径处；401-一级静叶，402-二级静叶，403-三级静叶，404-四级静叶，405-五级静叶；501-一级动叶，502-二级动叶，503-三级动叶，504-四级动叶，505-五级动叶。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
本发明中，子午流道上下壁面如图1所示，子午流道上壁面即机匣1，子午流道下壁面即轮毂3。叶型均径处的叶型参数如图2所示。图中，弦长为L1，叶宽为D1，最大厚度为d，进口几何角为α，出口几何角为β，节距为L2，喉宽为D2。
本发明中，CFD指的是计算流体动力分析。尾气透平的效率为等熵效率，采用CFD方法进行计算或者获取。CFD方法为本领域已知的常用方法。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
遵从上述技术方案，如图4至图10所示，本实施例给出一种尾气透平，包括机匣1和安装在机匣1内的转轴2，机匣1上安装有静叶4，转轴2的轮毂3上安装有动叶5，机匣1上沿着轴向依次安装有5级静叶4，转轴2上沿着轴向依次安装有5级动叶5，静叶4和动叶5依次交替布设；
所述的5级静叶4分别为一级静叶401、二级静叶402、三级静叶403、四级静叶404和五级静叶405；所述的5级静叶4的叶型均径处的叶型参分别为：
所述的5级动叶5分别为一级动叶501、二级动叶502、三级动叶503、四级动叶504和五级动叶505，所述的5级动叶5的叶型均径处的叶型参数分别为：
具体的，所述的一级静叶401的叶片数为56，二级静叶402的叶片数为60，三级静叶403的叶片数为60，四级静叶404的叶片数为62，五级静叶405的叶片数为62。
具体的，一级动叶501的叶片数为62，二级动叶502的叶片数为68，三级动叶503的叶片数为68，四级动叶504的叶片数为61，五级动叶505的叶片数为56。
经CFD验证，实施例1的尾气透平相对于对比例1的尾气透平的效率提升了2.23％。
对比例1：(4级尾气透平)
本实施例给出一种节能尾气透平，包括机匣和安装在机匣内的转轴，机匣上安装有静叶，转轴的轮毂上安装有动叶，机匣上沿着轴向依次安装有四级静叶，转轴上沿着轴向依次安装有四级动叶，静叶和动叶依次交替布设；
所述的四级静叶分别为一级静叶、二级静叶、三级静叶和四级静叶；所述的四级静叶的叶型均径处的叶型参数分别为：
所述的四级动叶分别为一级动叶、二级动叶、三级动叶和四级动叶；所述的四级动叶的叶型均径处的叶型参数分别为：
具体的，一级静叶的叶片数为60，二级静叶的叶片数为74，三级静叶的叶片数为76，四级静叶的叶片数为74。
具体的，一级动叶的叶片数为72，二级动叶的叶片数为75，三级动叶的叶片数为64，四级动叶的叶片数为59。
对比例2：(增加级数至5级)
本实施例给出一种节能尾气透平，包括机匣和安装在机匣内的转轴，机匣上安装有静叶，转轴的轮毂上安装有动叶，机匣上沿着轴向依次安装有5级静叶，转轴上沿着轴向依次安装有5级动叶，静叶和动叶依次交替布设；
所述的5级静叶分别为一级静叶、二级静叶、三级静叶、四级静叶和五级静叶；所述的5级静叶的叶型均径处的叶型参数分别为：
所述的5级动叶分别为一级动叶、二级动叶、三级动叶、四级动叶和五级动叶；所述的5级动叶的叶型均径处的叶型参数分别为：
具体的，一级静叶的叶片数为56，二级静叶的叶片数为63，三级静叶的叶片数为63，四级静叶的叶片数为65，五级静叶的叶片数为62。
具体的，一级动叶的叶片数为62，二级动叶的叶片数为65，三级动叶的叶片数为65，四级动叶的叶片数为58，五级动叶的叶片数为53。
经CFD验证，对比例2的尾气透平相对于对比例1的尾气透平的效率提升了0.8％。
对比例3：(在对比例2的基础上只优化静叶)
本对比例给出一种节能尾气透平，与对比例2的区别仅仅在于，二级静叶、三级静叶和四级静叶的叶型均径处的叶型参数不同，其它结构相同。
本对比例中，所述的二级静叶的叶型均径处的叶型参数与实施例1中的二级静叶的叶型均径处的叶型参数相同。
本对比例中，所述的三级静叶的叶型均径处的叶型参数与实施例1中的二级静叶的叶型均径处的叶型参数相同。
本对比例中，所述的四级静叶的叶型均径处的叶型参数与实施例1中的二级静叶的叶型均径处的叶型参数相同。
经CFD验证，对比例3的尾气透平相对于对比例1的尾气透平的效率提升了1.08％。
对比例4：(在对比例2的基础上只优化静叶的叶片数)
本对比例给出一种节能尾气透平，与对比例2的区别仅仅在于，二级静叶、三级静叶和四级静叶的叶片数不同，其它结构相同。
本对比例中，二级静叶的叶片数、三级静叶的叶片数和四级静叶的叶片数与实施例1中对应的二级静叶的叶片数、三级静叶的叶片数和四级静叶的叶片数相同。
经CFD验证，对比例4的尾气透平相对于对比例1的效率提升了1.15％。
对比例5：(在对比例2的基础上只优化动叶)
本对比例给出一种节能尾气透平，与对比例1的区别仅仅在于，三级动叶、四级动叶和五级动叶的叶型均径处的叶型参数不同，其它结构相同。
本对比例中，所述的三级动叶的叶型均径处的叶型参数与实施例1中的三级动叶的叶型均径处的叶型参数相同。
本对比例中，所述的四级动叶的叶型均径处的叶型参数与实施例1中的四级动叶的叶型均径处的叶型参数相同。
本对比例中，所述的五级动叶的叶型均径处的叶型参数与实施例1中的五级动叶的叶型均径处的叶型参数相同。
经CFD验证，对比例5的尾气透平相对于对比例1的尾气透平的效率提升了1.2％。
对比例6：(在对比例2的基础上只优化动叶的叶片数)
本对比例给出一种节能尾气透平，与对比例1的区别仅仅在于，三级动叶、四级动叶和五级动叶的叶型的叶片数不同，其它结构相同。
本对比例中，三级动叶的叶片数、四级动叶的叶片数和五级动叶的叶片数与实施例1中对应的三级动叶的叶片数、四级动叶的叶片数和五级动叶的叶片数相同。
经CFD验证，对比例4的尾气透平相对于对比例1的尾气透平的效率提升了1.33％。
实施例2：
本实施例给出一种静叶，该静叶的叶型均径处的叶型参为：弦长为43.6mm，叶宽为29mm，最大厚度为15.4mm，进口几何角为-10.5°，出口几何角为76.7°，节距为34.6mm，喉宽为10.1mm。
实施例3：
本实施例给出一种静叶，该静叶的叶型均径处的叶型参为：弦长为43.6mm，叶宽为29.7mm，最大厚度为15.4mm，进口几何角为-10.9°，出口几何角为75.4°，节距为34.6mm，喉宽为10.6mm；
实施例4：
本实施例给出一种静叶，该静叶的叶型均径处的叶型参为：弦长为45.4mm，叶宽为30.7mm，最大厚度为16.3mm，进口几何角为-13.4°，出口几何角为76.1°，节距为33.4mm，喉宽为10.5mm。
实施例5：
本实施例给出一种动叶，该动叶的叶型均径处的叶型参为：弦长为51.4mm，叶宽为35mm，最大厚度为16.7mm，进口几何角为-4.8°，出口几何角为74.6°，节距为30.5mm，喉宽为7.9mm。
实施例6：
本实施例给出一种动叶，该动叶的叶型均径处的叶型参为：弦长为59mm，叶宽为41.2mm，最大厚度为19.2mm，进口几何角为-1.2°，出口几何角为72.7°，节距为34mm，喉宽为9.4mm。
实施例7：
本实施例给出一种动叶，该动叶的叶型均径处的叶型参为：弦长为65.5mm，叶宽为51.4mm，最大厚度为11.5mm，进口几何角为-11.9°，出口几何角为67.2°，节距为37mm，喉宽为12.5mm。

Claims (9)

1.一种尾气透平，包括机匣(1)和安装在机匣(1)内的转轴(2)，机匣(1)上安装有静叶(4)，转轴(2)的轮毂(3)上安装有动叶(5)，其特征在于，机匣(1)上沿着轴向依次安装有5级静叶(4)，转轴(2)上沿着轴向依次安装有5级动叶(5)，静叶(4)和动叶(5)依次交替布设；
所述的5级静叶(4)分别为一级静叶(401)、二级静叶(402)、三级静叶(403)、四级静叶(404)和五级静叶(405)；所述的5级静叶(4)的叶型均径处的叶型参分别为：
所述的一级静叶(401)，弦长为53.0mm，叶宽为35.1mm，最大厚度为19.1mm，进口几何角为3.5°，出口几何角为77.8°，节距为39.8mm，喉宽为10.3mm；
所述的二级静叶(402)，弦长为43.6mm，叶宽为29mm，最大厚度为15.4mm，进口几何角为-10.5°，出口几何角为76.7°，节距为34.6mm，喉宽为10.1mm；
所述的三级静叶(403)，弦长为43.6mm，叶宽为29.7mm，最大厚度为15.4mm，进口几何角为-10.9°，出口几何角为75.4°，节距为34.6mm，喉宽为10.6mm；
所述的四级静叶(404)，弦长为45.4mm，叶宽为30.7mm，最大厚度为16.3mm，进口几何角为-13.4°，出口几何角为76.1°，节距为33.4mm，喉宽为10.5mm；
所述的五级静叶(405)，弦长为49.6mm，叶宽为36.8mm，最大厚度为17.2mm，进口几何角为-15.3°，出口几何角为71.6°，节距为36.0mm，喉宽为12.8mm；
所述的5级动叶(5)分别为一级动叶(501)、二级动叶(502)、三级动叶(503)、四级动叶(504)和五级动叶(505)，所述的5级动叶(5)的叶型均径处的叶型参数分别为：
所述的一级动叶(501)，弦长为45.5mm，叶宽为30.2mm，最大厚度为16.4mm，进口几何角为-11.9°，出口几何角为77.7°，节距为36.0mm，喉宽为9.4mm；
所述的二级动叶(502)，弦长为45.7mm，叶宽为31.4mm，最大厚度为16.7mm，进口几何角为-9.7°，出口几何角为74.8°，节距为32.8mm，喉宽为9.2mm；
所述的三级动叶(503)，弦长为51.4mm，叶宽为35mm，最大厚度为16.7mm，进口几何角为-4.8°，出口几何角为74.6°，节距为30.5mm，喉宽为7.9mm；
所述的四级动叶(504)，弦长为59mm，叶宽为41.2mm，最大厚度为19.2mm，进口几何角为-1.2°，出口几何角为72.7°，节距为34mm，喉宽为9.4mm；
所述的五级动叶(505)，弦长为65.5mm，叶宽为51.4mm，最大厚度为11.5mm，进口几何角为-11.9°，出口几何角为67.2°，节距为37mm，喉宽为12.5mm。
2.如权利要求1所述的尾气透平，其特征在于，所述的一级静叶(401)的叶片数为56，二级静叶(402)的叶片数为60，三级静叶(403)的叶片数为60，四级静叶(404)的叶片数为62，五级静叶(405)的叶片数为62。
3.如权利要求1所述的尾气透平，其特征在于，所述的一级动叶(501)的叶片数为62，二级动叶(502)的叶片数为68，三级动叶(503)的叶片数为68，四级动叶(504)的叶片数为61，五级动叶(505)的叶片数为56。
4.一种静叶，其特征在于，该静叶的叶型均径处的叶型参为：弦长为43.6mm，叶宽为29mm，最大厚度为15.4mm，进口几何角为-10.5°，出口几何角为76.7°，节距为34.6mm，喉宽为10.1mm。
5.一种静叶，其特征在于，该静叶的叶型均径处的叶型参为：弦长为43.6mm，叶宽为29.7mm，最大厚度为15.4mm，进口几何角为-10.9°，出口几何角为75.4°，节距为34.6mm，喉宽为10.6mm。
6.一种静叶，其特征在于，该静叶的叶型均径处的叶型参为：弦长为45.4mm，叶宽为30.7mm，最大厚度为16.3mm，进口几何角为-13.4°，出口几何角为76.1°，节距为33.4mm，喉宽为10.5mm。
7.一种动叶，其特征在于，该动叶的叶型均径处的叶型参为：弦长为51.4mm，叶宽为35mm，最大厚度为16.7mm，进口几何角为-4.8°，出口几何角为74.6°，节距为30.5mm，喉宽为7.9mm。
8.一种动叶，其特征在于，该动叶的叶型均径处的叶型参为：弦长为59mm，叶宽为41.2mm，最大厚度为19.2mm，进口几何角为-1.2°，出口几何角为72.7°，节距为34mm，喉宽为9.4mm。
9.一种动叶，其特征在于，该动叶的叶型均径处的叶型参为：弦长为65.5mm，叶宽为51.4mm，最大厚度为11.5mm，进口几何角为-11.9°，出口几何角为67.2°，节距为37mm，喉宽为12.5mm。
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