高转速高炉煤气能量回收透平的设计方法及高转速透平.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112096459A(43)申请公布日2020.12.18(21)申请号202010948249.0F01D21/00(2006.01)(22)申请日2020.09.10F01D25/00(2006.01)(71)申请人西安陕鼓动力股份有限公司地址710075陕西省西安市高新区沣惠南路8号(72)发明人杨刚李宏安陈余平郑秀萍陈红梅杨岐平张小龙袁志才周根标杨星汪传美奚忠强科贾江平严伟博(74)专利代理机构西安智邦专利商标代理有限公司61211代理人王少文(51)Int.Cl.F01D5/02(2006.01)F01D13/02(2006.01)权利要求书2页说明书6页(54)发明名称高转速高炉煤气能量回收透平的设计方法及高转速透平(57)摘要本发明涉及一种高转速高炉煤气能量回收透平的设计方法、高转速高炉煤气能量回收透平以及工业拖动同轴机组系统，以解决现有的高炉煤气能量回收透平通过增速装置连接拖动机组，传递效率低、传递能量损失大，透平机型较大，生产成本较高，而新的高转速高炉煤气能量回收透平设计过程较为复杂，且设计周期较长，无法满足快速市场需求的问题。设计方法包括根据透平进排气参数核算总理想焓降，并计算透平单级理想焓降hs；根据透平单级理想焓降hs确定透平轮毂直径d；根据所选级数z，在轮毂直径d的取值范围内，核算高转速高炉煤气能量回收透平的最终轮毂直径和其他设计参数。根据上述设计方法设计的透平能够与拖动机组直连，且透平转速范围为3600～8300r/min。CN112096459ACN112096459A权利要求书1/2页1.一种高转速高炉煤气能量回收透平的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据透平进排气参数核算总理想焓降，并计算透平单级理想焓降hs；1.1)根据给定的透平进排气参数，通过商业物性软件查询透平总理想焓降Hs；1.2)选取透平级数z＝1或z＝2，并根据下式计算透平单级理想焓降hs；式中：α为透平重热系数，取值范围为0～0.04；Hs为步骤1.1)所得透平总理想焓降；2)确定透平轮毂直径d；2.1)根据下式计算透平静叶出口速度c1；式中：hs为步骤1.2)所得透平单级理想焓降；Ω为叶型反动度，0≤Ω＜1；为进口速度系数，取值范围为0.9～1；2.2)根据下式计算轮毂平均直径dm；式中：n为透平的设计转速范围，取值间隔为30～50r/min；u为透平圆周速度，其中，c1为步骤2.1)所得透平静叶出口速度；α1为静叶出口气流角度，取值范围为18～22°；Ω是叶型反动度，0≤Ω＜1；2.3)根据以下两式计算轮毂直径d；d＝dm-lA＝π(l2+dl)式中：dm为步骤2.2)所得轮毂平均直径；l为动叶高度；A为轮毂直径d与动叶高度l组成的环形通道面积；反复调整d和l的取值，直至A满足透平的进排气参数要求；2.4)根据n的取值范围和取值间隔，重复步骤2.2、2.3计算所对应的轮毂直径d取值范围，并对d值进行微调取整；3)根据所选级数z，在轮毂直径d的取值范围内，核算高转速高炉煤气能量回收透平的最终轮毂直径和其他设计参数。2CN112096459A权利要求书2/2页2.一种高转速高炉煤气能量回收透平，采用权利要求1所述设计方法进行设计，其特征在于：所述透平级数、轮毂平均直径dm以及设计转速范围n之间满足以下要求：透平级数为1级时，透平级数为2级时，3.根据权利要求2所述的高转速高炉煤气能量回收透平，其特征在于：所述透平为1级透平，其转速范围与所对应的轮毂直径范围为：当转速范围为3600～3800r/min时，轮毂直径范围为1150～1300mm；当转速范围为4100～4300r/min时，轮毂直径范围为1000～1150mm；当转速范围为4500～4650r/min时，轮毂直径范围为900～1050mm；当转速范围为5100～5300r/min时，轮毂直径范围为800～900mm；当转速范围为5650～5950r/min时，轮毂直径范围为700～800mm；当转速范围为6300～6500r/min时，轮毂直径范围为600～700mm；当转速范围为7100～7300r/min时，轮毂直径范围为500～600mm；当转速范围为7800～8300r/min时，轮毂直径范围为450～550mm。4.根据权利要求2所述的高转速高炉煤气能量回收透平，其特征在于：所述透平为2级透平，其转速范围与所对应的轮毂直径范围为：当转速范围为3600～3800r/min时，轮毂直径范围为850～950mm；当转速范围为4100～4300r/min时，轮毂直径范围为700～800mm；当转速范围为4500～4650r/min时，轮毂直径范围为630～760mm；当转速范围为51