2014年第11期（总第386期）
节能
ENERGYCONSERVATION
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一种特殊结构微型汽轮机的设计方法及数值验证
田夫，袁国凯，刘维
（大连理工大学能动学院，辽宁大连116024）
摘要：介绍一种特殊结构的微型汽轮机，可以应用在小流量水蒸气的回收利用领域，也可以应用在舰船等某些特殊环境中。针对这种微型汽轮机的特点，对其热力计算方案和通流结构的设计方法进行了研究，道过分析最佳速比的取值范图、恰降分配方案、动静部件之间的匹配问题以及通流结构设计方法，完成了这种微型汽轮机的设计，并应用数值模拟的方法对其性能进行了分析。从数值模拟和方
案计算的结果来看，采用这种结构的微型汽轮机是可行的。关键词：微型汽轮机；热力计算方案；数值模拟；小流量
中图分类号：TK262文献标识码：A文章编号：1004-7948(2014)11-0075-04 doi:103969/j. issn. 1004 7948.2014. 11.021
引言
在名油化工领域的工艺流程，经常会产生具
有一定热力参数的水蒸气，这部分水蒸气的参数范围为：压力1.0~2.0MPa、温度300℃左右、流量 0.1~1.0kg/s。由于蒸汽的流量较小、参数不高很难采用一般工业汽轮机的回收利用，在以往的化工流程中，这部分蒸汽通常用来加热企业内的生活用水，个别企业甚至作为“废气”直接排放掉，造成能源的浪费。
为落实国家节能减排和提高能源利用率，研究开发了一种特殊结构的微型汽轮机，以解决具有定热力参数的小流量的水蒸气的回收利用回额。同时.这种微型汽轮机也可以应用在大型舰船、核潜艇及其他特殊使用环境，为其附属装置提供可靠的动力。
1微型汽轮机结构
微型汽轮机的结构简图如图1所示。图中喷嘴、动叶片、回流器壳体、导流叶片、导流锥体共同组成蒸汽的转向通道。其工作原理为：蒸汽自喷嘴中流向动叶的一部分区域，在动叶片中做功后，流可回流器，蒸汽在回流器壳体、导流叶片、导流体组成的通道内转向后，再次从动叶片的另一区域“反向”进入动叶，做功后排出。
与常规工业汽轮机相比，这种微型汽轮机具有
喷嘴
动叶片
动叶片一导流叶片回流器壳体
转子
图1微型汽轮机的结构图
如下特点：1)动叶是完全对称的纯冲动式叶片，即动叶片的进汽侧和出汽侧完全相同：2）只有一级叶轮，通过设置回流器结构，实现了在叶轮的不同区域分别“正向”和“反向”的进气结构；3)可承担恰降值的变化范围大，可以根据蒸汽的参数在喷嘴和回流器中分配不同的恰降值，经过理论分析，承担的熔降值为160~620kJ/kg：4)结构简单、设计灵活，易于形成产品的系列化和模块化。
由于这种微型汽轮机不同的结构和特点，通过
多种方案的分析和优化，结合具体的间题，研究了这种微型汽轮机的热力计算方案和通流结构的设计方法。具体的实际间题为：在某化工企业的工艺流程中产生一部分的水蒸气.流量为0.45kg/s、压力1.15MPa、温度，在以往的流程中，这一部分蒸汽直接用来加热企业内的生活用水，产生的热水量在全年大部分过剩。设计1台转速为7500r/min