一种带有导流叶片的能量回收透平尾水管

1.本发明涉及流体机械技术领域，特别涉及一种带有导流叶片的能量回收透平尾水管。


背景技术：

2.在反渗透海水淡化系统中加入能量回收透平可实现回收利用没有透过淡化膜的高压水的能量的效果。该方法是降低工程造价和运行成本的最有效方式之一。工程中常见的能量回收透平主要有两种形式，一种是专用液力透平，另一种是采用离心泵反转作透平，其中离心泵反转作透平具有结构简单、体积小、易于维修等经济技术优势，现已被广泛应用于实际生产中。
3.能量回收透平的结构和离心泵的结构非常相似，区别之处在于主轴和叶轮转子的旋转方向相反。因此为了节约设计和加工成本，能量回收透平往往是选用一台满足一定设计要求的离心泵反转作透平使用。在使用过程中，高压水从蜗壳进入，驱动透平叶轮转动，将流体的压力能转化为机械能，从而达到能量回收的目的，然后流经叶轮的流体再通过尾水管排出。
4.然而，当流体流经叶轮进入尾水管时，由于叶轮高速旋转及高压水在叶轮内流动的影响，在尾水管内产生旋涡。而且这种旋涡的旋转方向会随流量发生变化。如图2所示，当透平运行工况的流量比设计工况流量大很多时，尾水管内旋涡的旋转方向与叶轮旋转方向相反；而当透平运行工况的流量比设计工况流量小很多时，该旋涡的旋转方向则与叶轮旋转方向相同。
5.而这些旋涡的存在使得尾水管内产生额外的动能损失，致使透平水力效率下降，同时也带来了一定的压力脉动，威胁透平的安全稳定长久运行。因此，如何有效改善尾水管内旋涡流场对于能量回收透平的高效稳定运行非常重要。


技术实现要素：

6.针对能量回收透平尾水管内旋涡流场特性，本发明提供了一种带有导流叶片的能量回收透平尾水管，该尾水管内的导流叶片可根据流量调整上叶片角度，以达到降低尾水管内圆周方向速度分量的效果，从而减小尾水管内旋涡强度，降低能量损失，弱化压力脉动。
7.为实现上述发明目的，本发明的技术方案为：在距离尾水管进口稍微下游的位置安装导流叶片，该导流叶片的主要作用为降低尾水管内流体的圆周方向速度分量，并同时引导流体向轴向运动。
8.进一步的，导流叶片分为上叶片和下叶片，上叶片为转动叶片，下叶片为固定叶片。
9.进一步地，导流叶片的个数为3个，夹角为120
°
。
10.进一步地，导流叶片的下叶片与尾水管固定连接，上下叶片之间通过铰链连接。
11.进一步地，下叶片轴向截面形状为矩形，导流叶片下叶片厚度h为2mm，宽度b为尾水管半径r的二分之一，长度a与尾水管半径r相等。
12.进一步地，导流叶片上叶片厚度h为2mm，上叶片的截面形状为直角梯形，梯形的上短边d为其下短边长度b的四分之三，梯形的高c为下短边长度b的二分之三。
13.进一步地，导流叶片上叶片与下叶片的夹角θ在150
°
与210
°
之间可调。
14.进一步地，导流叶片上叶片的右斜面与尾水管内壁之间存在间隙以保证上叶片在可调角度范围内转动。
15.本发明提供的一种带有导流叶片的能量回收透平尾水管具有以下有益效果：
16.本发明提供的一种带有导流叶片的能量回收透平尾水管，导流叶片包括上叶片和下叶片，上叶片角度可调，下叶片沿轴向固定。通过上叶片的角度减弱尾水管来流的圆周分量，通过下叶片的轴向布置来引导来流沿轴向运动。导流叶片的数目为3个，可保证有效抑制尾水管内旋涡流场，同时减弱水流与导流叶片的冲击损失。本发明通过引入导流叶片来降低尾水管内来流的圆周分量，从而起到抑制尾水管内旋涡强度，减弱尾水压力脉动，提高透平能量回收效率的作用。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
18.图1为背景技术中一种能量回收透平尾水管内旋涡流场方向的示意图；
19.图2位本发明实施例提供的一种能量回收透平的结构示意图；
20.图3为本发明实施例提供的尾水管内导流叶片的三维示意图；
21.图4为本发明实施例提供的导流叶片上下叶片夹角为180
°
时的三维示意图；
22.图5为本发明实施例提供的一种尾水管内导流叶片所在处的轴面剖视图。
23.其中，图中附图标记对应为：1-蜗壳，2-叶轮，3-尾水管，4-导流叶片，5-上叶片，6-下叶片。
具体实施方式
24.下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
25.实施例：
26.请参阅图2，图2是一种离心泵反转用作能量回收透平的三维结构图。该能量回收透平主要包括蜗壳1、叶轮2和尾水管3；其中尾水管3内置导流叶片4，且如图3-5所示，该导流叶片4包括上叶片5和下叶片6。
27.导流叶片4的数目为3个，导流叶片的上叶片5可转动，导流叶片的下叶片6固定于尾水管内壁，上下叶片之间通过铰链连接，以实现上叶片5与下叶片6的夹角θ在150
°
与210
°
之间可调。
28.如图1-2所示，当能量回收透平运行工况为大于设计流量的工况时，高压水从蜗壳1进入，驱使叶轮2旋转将高压水的压力能转化为机械能。在该工况下，水流受到叶轮旋转和
自身惯性的影响，在进入尾水管3时带有较强的圆周速度，从而形成一个旋转方向与叶轮2转向相反的旋涡。而当透平运行在小于设计流量的工况时，则会形成旋转方向与叶轮2转向相同的旋涡。这两种旋涡的存在致使透平在尾水管内流场混乱，能量损失加大，并产生额外的压力脉动现象。如图3-5所示，本发明采用在尾水管3内添加三个导流叶片4的方式来引导尾水向轴向运动。当透平运行在小流量工况时，通过转动导流叶片上叶片5，使其与下叶片6的角度θ调整在190
°
与210
°
之间，从而迫使尾水圆周方向的切向与上叶片5夹角小于180
°
，进而改变尾水方向。再通过轴向布置的下叶片6进一步引导尾水向轴向运动。而当透平运行在大流量工况时，将导流叶片上叶片5与下叶片6的角度θ调整在150
°
与170
°
范围内，迫使与叶轮旋转方向相反的尾水冲击到导流叶片上叶片5后，改变流动方向开始沿轴向运动。
29.通过以上实施例，尾水管内导流叶片的添加起到了引流的作用，使得尾水圆周速度有所降低，且由圆周速度引起的动能损失和旋涡强度进而减小，尾水管内压力脉动减弱，从而有效提高能量回收透平的回收效率与运行稳定性。
30.以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。其目的是让本领域普通技术人员了解本发明的内容并可在没有作出创造性劳动的前提下据以实施。因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。


技术特征：
1.一种带有导流叶片的能量回收透平尾水管，其特征在于，包括尾水管和导流叶片；所述尾水管为圆筒型结构，所述导流叶片布置于尾水管进口稍下游位置。2.根据权利要求1所述的一种带有导流叶片的能量回收透平尾水管，其特征在于，所述导流叶片分为上叶片和下叶片，上叶片可转动，下叶片固定于尾水管内壁，上下叶片之间通过铰链连接。3.根据权利要求1所述的一种带有导流叶片的能量回收透平尾水管，其特征在于，导流叶片的数目为3个，叶片之间夹角为120
°
。4.根据权利要求3所述一种带有导流叶片的能量回收透平尾水管，其特征在于，上叶片轴向截面形状为直角梯形，下叶片轴向截面形状为矩形。5.根据权利要求3所述一种带有导流叶片的能量回收透平尾水管，其特征在于，下叶片截面的长边长度等于尾水管内壁面半径，宽边长度等于尾水管内壁面半径的二分之一；上叶片截面直角边长度等于尾水管内壁面半径的二分之三，短边长度为尾水管内壁面半径的八分之三。6.根据权利要求3所述一种带有导流叶片的能量回收透平尾水管，其特征在于，上叶片斜边所在平面与尾水管内壁面之间存在间隙。

技术总结
本发明提供一种带有导流叶片的能量回收透平尾水管，属于流体机械技术领域，主要应用于能量回收透平中。当高压水流经蜗壳和叶轮后，在自身惯性和叶轮旋转的影响下，在进入尾水管时带有较大圆周速度形成旋涡，且当透平运行在小流量与大流量工况时，尾水管内旋涡旋转方向相反，该旋涡流场导致尾水管内动能损失较大，并产生额外的压力脉动。本发明通过在尾水管内安装导流叶片，导流叶片的主要结构为可活动的上叶片和固定于尾水管内壁面的下叶片。通过调节上叶片的角度实现降低尾水圆周速度的效果，通过下叶片的轴向布置引导尾水沿轴向向下游运动。通过该导流叶片的添加降低尾水管内旋涡强度，减弱尾水管内压力脉动，有助于能量回收透平高效稳定运行。回收透平高效稳定运行。回收透平高效稳定运行。


技术研发人员：耿琳琳 张德胜 杨飞 蒋文军
受保护的技术使用者：江苏大学 亚太泵阀有限公司
技术研发日：2022.11.19
技术公布日：2023/3/21