专利名称：一种多级透平真空机及应用其抽取多级真空的方法
技术领域：
本发明涉及透平机械技术与真空设备领域，特别是涉及一种多级透平真空 机及应用其抽取多级真空的方法。
背景技术：
需要大抽气量的真空系统广泛应用于石油、化工、矿山、机械、轻工、食 品、医药、电子、冶金、航天等部门，目前，应用较广的真空系统，主要是水 环式真空泵和罗茨真空泵。
水环式真空泵属于变容式真空泵，在工作时在泵体中需要有一定量的水作 为工作液，真空泵叶轮带动水旋转产生泵腔容积的变化，实现吸气、压縮和排
气工作过程，由于工作液的存在，泵的转速低，工作效率也低， 一般在40%左 右。水环式真空泵受到结构上和工作液饱和蒸气压的限制，由于水的饱和蒸汽 压高，使得水环真空泵的吸入压力也高，产生的真空度也会降低。
罗茨真空泵是一种旋转式变容真空泵，它是由罗茨鼓风机演变而来的。罗 茨真空泵在较低的入口压力时具有较高的抽气速率，具有驱动功率小、结构紧 凑、占地面积小和运转维护费用低等特点，但罗茨真空泵是一种无内压縮的真 空泵，通常压縮比很低，所以应用在高、中真空系统时，必须与前级真空泵 配套使用，只有当抽气系统中的入口压力被前级真空泵抽取到罗茨真空泵允 许的入口压力时，罗茨真空泵才能开始工作，并且在一般情况下，罗茨真空泵 不允许高压差工作，否则将会过载和过热而损坏。在目前使用水环式真空泵和罗茨真空泵系统中，普遍存在工作效率低的缺 点，而且每台水环式真空泵或罗茨真空泵只能产生一种真空度，特别在需要大 抽气量的真空以及需要多级真空要求的场合，所需的配置的真空泵数量多、体 积大、能耗高、噪声大。
吴玉林、陈庆光、刘树红编著的《通风机和压縮机》由清华大学出版社出
版，第11章"离心式压縮机原理"(P219页)介绍了多级离心式压縮机，该 机构包括叶轮、无叶扩压器、弯道和导流叶片。但是该机构并不用作真空机。 现有多级透平离心式压缩机在进行介质压縮和抽取是两个并存的过程，多级透 平离心式压縮机是利用其出口的压縮气体，而不是利用其入口的介质抽取，但 同时在多级透平离心式压縮机的入口存在介质的大流量抽取，可产生一定的真 空度，并且透平机的效率可达到80%以.匕远高于水环式真空泵。而常规的 多级透平离心式压縮机只有一个吸气室，只能产生一级真空，在应用于多位置、 多级真空的抽取，就无法实现。
发明内容
为了克服现有大抽气量真空系统所需的配置的真空泵数量多、能耗大、水 耗大等缺点，本发明提供一种实现多级不同级别真空抽取的多级透平真空机。 本发明的另一目的是提供应用多级透平真空机抽取多级真空的方法。
本发明的目的通过如下技术方案实现
一种多级透平真空机，包括多级透平机、增速齿轮箱和原动机；所述增速 齿轮箱内设有相互啮合的大齿轮和小齿轮，大齿轮上的轴与原动机联接，小齿 轮上的轴通过联轴器与主轴联接；多级透平机包括主轴、机壳和设置在机壳内 的多级叶轮压縮机构，主轴通过由自由端轴承和推力轴承支撑在机壳的两端，每级叶轮压縮机构包括叶轮、无叶扩压器、弯道、导流叶片和回流器，每级叶 轮压縮机构的叶轮出口依次设有无叶扩压器、弯道和回流器，回流器的通道上
安装有导流叶片；每一级叶轮依次固定在主轴上；其特征在于所述每级叶轮 压縮机构还包括侧向进气口和吸气室，多级的吸气室分别设置机壳上，第一级 叶轮压縮机构的叶轮进口与第一吸气室连通，其它每级叶轮压縮机构的叶轮进 口通过回流器上的侧向进气口与吸气室连通，回流器的出口与下一级叶轮的进 口连通，最后一级叶轮压縮机构的弯道与蜗室连通，在蜗室设有排气室。
为进一步实现本发明的目的，所述的多级叶轮压縮机构优选为2~6级。
所述的多级叶轮压縮机构进一步优选为4级。
所述的叶轮为三元流闭式离心叶轮，叶轮直径为300mm至1200mm。
所述的机壳与主轴连接位置设有密封。
所述最后一级叶轮机构与自由端的密封之间还设有平衡盘，平衡盘固定在 主轴上。
应用上述多级透平真空机抽取多级真空的方法在原动机的作用下，增速 齿轮箱带动多级透平机的主轴上的每级叶轮以4000r/min至10000r/min的转 速旋转，使气体同时从每级吸气室高速吸入，从第一级吸气室吸入的气体进入 第一级叶轮，在第一级叶轮的叶片的作用下，气体跟着叶轮作高速的旋转，增加 了动能和静压，然后出叶轮进入无叶扩压器内，在无叶扩压器中气体的动能转 变为势能，其压力、温度迅速升高，经过压縮的气体再经过弯道、回流器，与第 二级吸气室吸入的气体在回流器里一起进入下一级叶轮；同样地依次在后面各 级叶轮压縮机构的作用下，压缩的气体依次与相应的吸气室吸入的气体一起经 过叶轮的压縮，从最后一级叶轮的出口经过无叶扩压器、弯道、蜗室，最终形成IO(TC至18(TC的高温气体，从排气室排出，从而在各级吸气室的吸入口形 成-20KPa至-80KPa的真空度，实现多级真空的抽取。从排气室排出的气体温 度为100。C至18(TC，可通过热交换器实现热能回收。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果
本发明利用多级透平真空机的多级叶轮的高速旋转实现气体的大流量抽 吸来产生真空， 一台多级透平真空机可实现多级不同级别的真空抽取，其作用 相当于多台常规的真空泵，通常一条生产线的不同部位需要不同级别的真空， 一台多级透平真空机可以满足整条生产线的真空需求；多级透平真空机产生的 真空度范围大，可达到-20KPa至-80KPa，效率高， 一般可达到80%以上，与 常规的真空系统比较，可降低能耗50%;由于气体在多级透平真空机内被压縮， 排气温度达到100-180°C，可通过热交换器实现热能回收；透平真空机在工作 时不用密封水，可节约大量用水；由于多级透平真空机结构紧凑，真空能力大， 与常规的真空系统比较，需要的真空机数量减少，縮小设备占用空间。
附图1是本发明多级透平真空机的结构示意图。
图中示出l.第一级叶轮2.无叶扩压器3.弯道4.导流叶片5.第一级 回流器6.第二级叶轮7.第二级回流器8.第三级叶轮9.第三级回流器 IO.第四级叶轮11.机壳12.蜗室13.密封14.自由端轴承壳15.自由端 轴承16.主轴17.平衡盘18.排气室19.第三级侧向进气口 20.第四级吸 气室21.第二级侧向进气口 22.第三级吸气室23.第一级侧向进气口 24. 第二级吸气室25.第一级吸气室26.增速齿轮箱27.大齿轮28.原动机 29.小齿轮30.推力轴承31.推力端轴承壳。
具体实施例方式
为进一步理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步描述，需要说明的 是，具体实施方式
并不对本发明要求保护的范围构成限制。
如附图1所示，多级(四级)透平真空机包括多级透平机、增速齿轮箱
26、原动机28;增速齿轮箱26内设有相互啮合的大齿轮27和小齿轮29，大 齿轮27上的轴与原动机28联接，由大齿轮27驱动小齿轮29实现增速，其小 齿轮29上的轴通过联轴器与主轴16联接。根据转动与否，多级透平机的部件 可分为转子、定子两部分。转子是多级透平机的关键部件，包括第一级叶轮1、 第二级叶轮6、第三级叶轮8、第四级叶轮10、主轴16、平衡盘17、自由端 轴承15和推力轴承30。定子是多级透平机的固定元件，包括第一级吸气室25、 第二级吸气室24、第三级吸气室22、第四级吸气室20、无叶扩压器2、弯道 3、导流叶片4、第一级回流器5、第二级回流器7、第三级回流器9、蜗室12、 排气室18、密封13、自由端轴承壳14、推力端轴承壳31和机壳11。自由端 轴承15和推力轴承30分别安装在自由端轴承壳14和推力端轴承壳31内，自 由端轴承壳14和推力端轴承壳31分别固定在机壳11的两端，主轴16固定在 由自由端轴承15和推力轴承30支撑在壳体11的两端，每一级叶轮依次固定 在主轴16上，叶轮直径为300mm至1200mm。在两端轴承与叶轮之间，在主轴 16 ..匕设有密封13，在最后一级叶轮与自由端的密封13之间设有平衡盘17。 多级透平机由在机壳11内依次设立的多级叶轮压縮机构组成，每级叶轮压缩 机构包括叶轮、无叶扩压器、弯道、导流叶片、回流器、侧向进气口和吸气室， 每级叶轮压縮机构的叶轮出口都设有无叶扩压器、弯道，在第一级叶轮l、第 二级叶轮6、第三级叶轮8的弯道出口分别设有第一级回流器5、第二级回流器7、第三级回流器9，在第一级回流器5、第二级回流器7、第三级回流器9 的通道上安装有导流叶片，在第四级叶轮10的弯道出口连接蜗室12，蜗室12 设有排气室18;第一级吸气室25与第一级叶轮1相连通，第二级吸气室24 通过第一级侧向进气口 23与第一级回流器5相连通，进而与第二级叶轮6的 进口连通，第三级吸气室22通过第二级侧向进气口 21与第二级回流器7相连 通，进而与第三级叶轮8的进口连通，第四级吸气室20通过第三级侧向进气 口 19与第三级回流器9相连通，进而与第四级叶轮10的进口连通。
利用多级透平真空机抽取多级真空的方法是通过增速齿轮箱26带动多级 透平机的主轴16上的第一级叶轮1、第二级叶轮6、第三级叶轮8、第四级叶 轮10以4000r/min至10000r/min的转速旋转，使气体从第一级吸气室25高 速吸入，进入第一级叶轮1，在第一级叶轮1的叶片的作用下，跟着叶轮作高 速的旋转，增加了动能和静压，然后出叶轮进入无叶扩压器2内，在无叶扩压器 2中气体的动能转变为势能，其压力、温度迅速升高，形成一级压縮气体， 一级 压縮气体进入弯道3，在弯道3的引导下进入第一级回流器5，气体经过第一 级回流器5内的导流叶片4进入第二级叶轮6;由于第二级叶轮6的高速旋转， 使气体从第二级吸气室24高速吸入，经过第一级侧向进气口 23进入第一级回 流器5，与一级压縮气体一起进入第二级叶轮6，经过第二级叶轮6的压縮， 形成二级压縮气体，二级压縮气体经过无叶扩压器、弯道进入第二级回流器7; 同样地第三级吸气室22的气体被第三级叶轮8高速吸入，经过第二级侧向进 气口 21进入第二级回流器7，与二级压缩气体一起进入第三级叶轮8,经过第 三级叶轮8的压縮，形成三级压縮气体，三级压縮气体经过无叶扩压器、弯道 进入第三级回流器9;同样地第四级吸气室20的气体被第四级叶轮10高速吸入，经过第三级侧向进气口 19进入第三级回流器9，与三级压縮气体一起进 入第四级叶轮IO，经过第四级叶轮10的压縮，形成四级压縮气体，四级压縮 气体经过无叶扩压器、弯道、蜗室12,最终形成10(TC至18(TC的高温气体， 从排气室18排出。在第一级吸气室25的气体是由四级叶轮作用来抽取，所以 在第一级吸气室25的吸入口形成-70KPa至-80KPa的高真空度，第二级吸气室 24的气体是由后三级叶轮作用来抽取，在第二级吸气室24的吸入口形成 -55KPa至-65KPa的较高真空度，第三级吸气室22的气体是由后两级叶轮作用 来抽取，在第三级吸气室22的吸入口形成-40KPa至-50KPa的中真空度，第四 级吸气室20的气体是由最后一级叶轮作用来抽取，在第四级吸气室20的吸入 口形成-20KPa至-35KPa的低真空度，从而实现一台多级透平真空机产生四级 不同级别的真空抽取。
如果在需要二级、三级、五级、六级不同级别的真空要求场合，本发明的 多级透平真空机可以通过减小或增加叶轮压缩机构的数量来实现相应不同级 别的真空抽取。其连接关系和工作原理参见四级透平真空机。如设计为二级透 平真空机，该透平真空机只有两级叶轮压縮机构，两吸气室分别设置机壳上， 第一级叶轮压縮机构的叶轮进口与第一吸气室连通，第二级叶轮压縮机构的叶 轮进口通过回流器上的侧向进气口与第二吸气室连通，叶轮压縮机构的弯道与 蜗室连通，在蜗室设有排气室。与上述四级透平真空机不同的是，三级透平真 空机只是减少一级叶轮压缩机构，而五级或六级透平真空机只是增加一级或者 二级叶轮压縮机构。
权利要求
1. 一种多级透平真空机，包括多级透平机、增速齿轮箱和原动机；所述增速齿轮箱内设有相互啮合的大齿轮和小齿轮，大齿轮上的轴与原动机联接，小齿轮上的轴通过联轴器与主轴联接；多级透平机包括主轴、机壳和设置在机壳内的多级叶轮压缩机构，主轴通过由自由端轴承和推力轴承支撑在机壳的两端；每级叶轮压缩机构包括叶轮、无叶扩压器、弯道、导流叶片和回流器，每级叶轮压缩机构的叶轮出口依次设有无叶扩压器、弯道和回流器，回流器的通道上安装有导流叶片；每一级叶轮依次固定在主轴上；其特征在于所述每级叶轮压缩机构还包括侧向进气口和吸气室，多级的吸气室分别设置机壳上，第一级叶轮压缩机构的叶轮进口与第一吸气室连通，其它每级叶轮压缩机构的叶轮进口通过回流器上的侧向进气口与吸气室连通，回流器的出口与下一级叶轮的进口连通，最后一级叶轮压缩机构的弯道与蜗室连通，在蜗室设有排气室。
2. 根据权利要求1所述的多级透平真空机，其特征在于所述的多级叶 轮压縮机构为2 6级。
3、 根据权利要求2所述的多级透平真空机，其特征在于所述的多级叶 轮压縮机构为4级。
4. 根据权利要求1所述的多级透平真空机，其特征在于所述的叶轮为 三元流闭式离心叶轮，叶轮直径为300mm至1200mm。
5、 根据权利要求1所述的多级透平真空机，其特征在于所述的机壳与 主轴连接位置设有密封。
6、 根据权利要求1所述的多级透平真空机，其特征在于所述最后一级叶轮机构与自由端的密封之间还设有平衡盘，平衡盘固定在主轴上。
7. 应用根据权利要求1所述多级透平真空机抽取多级真空的方法，其特 征在于在原动机的作用下，增速齿轮箱带动多级透平机的主轴上的每级叶轮 以4000r/min至10000r/min的转速旋转，使气体同时从每级吸气室高速吸入， 从第一级吸气室吸入的气体进入第一级叶轮，在第一级叶轮的叶片的作用下, 气体跟着叶轮作高速的旋转，增加了动能和静压，然后出叶轮进入无叶扩压器 内,在无叶扩压器中气体的动能转变为势能，其压力、温度迅速升高，经过压縮 的气体再经过弯道、回流器，与第二级吸气室吸入的气体在回流器里一起进入 下一级叶轮；同样地依次在后面各级叶轮压縮机构的作用下，压縮的气体依次 与相应的吸气室吸入的气体一起经过叶轮的压縮，从最后一级叶轮的出口经过 无叶扩压器、弯道、蜗室，最终形成IO(TC至18(TC的高温气体，从排气室排 出，从而在各级吸气室的吸入口形成-20KPa至-80KPa的真空度，实现多级真 空的抽取。
8. 根据权利要求7所述的应用多级透平真空机抽取多级真空的方法，其 特征在于从排气室排出的气体温度为10(TC至18(TC，通过热交换器实现热 能回收。
全文摘要
本发明公开了一种多级透平真空机及应用其抽取多级真空的方法。该真空机的每级叶轮压缩机构还包括侧向进气口和吸气室，多级的吸气室分别设置机壳上，第一级叶轮压缩机构的叶轮进口与第一吸气室连通，其它每级叶轮压缩机构的叶轮进口通过回流器上的侧向进气口与吸气室连通，回流器的出口与下一级叶轮的进口连通，最后一级叶轮压缩机构的弯道与蜗室连通，在蜗室设有排气室。抽取多级真空的方法是气体同时从每级吸气室高速吸入，在叶轮、无叶扩压器、弯道、回流器的作用下，在各级吸气室的吸入口形成-20KPa至-80KPa的真空度，实现多级真空的抽取。该方法效率高、能耗低、节约用水，并能实现多级不同级别的真空抽取。
文档编号F04D17/00GK101418804SQ200810219408
公开日2009年4月29日 申请日期2008年11月25日 优先权日2008年11月25日
发明者冯郁成, 粤 陈, 陈克复 申请人:陈克复;冯郁成;陈 粤