技术领域
[0001] 本
发明属于航空航天、
旋转机械技术领域，具体涉及一种多级重入式涡轮。
背景技术
[0002] 根据涡轮级数的不同，涡轮可以分为单级涡轮、多级涡轮。根据气体流量的大小，涡轮可以分为局部进气涡轮和全周进气涡轮。对于采用局部进气结构形式的涡轮来说，单级局部进气涡轮方案优点是体积小空间紧凑，但缺点是余速损失大，鼓
风损失大，整个涡轮效率不足50％；多级局部进气涡轮方案虽然效率有所提高，但是体积庞大，对输入系统有较高要求。
[0003] 因此，本发明提出了重入式涡轮的方案，即采用只有一排动叶
叶片、重复进气的“多级”涡轮方案。国内关于重入式涡轮的研究很少，可以检索到的中文期刊均无关于重入式涡轮的介绍、计算或研究。仅在部分课本上出现两级或三级重入式涡轮简短的概念性介绍，而关于该种涡轮的
气动计算、结构设计等方面的研究几乎为零。
发明内容
[0004] 本发明解决的技术问题：本发明提供一种多级重入式涡轮，不仅具有体积小空间紧凑、高转速等优点，而且通过重入式管道结构的设计、二级喷管的设计提高了涡轮级的效率，增大了涡轮的动
力输出。
[0005] 本发明采用的技术方案：
[0006] 一种多级重入式涡轮，包括一级喷管、壳体、两个二级喷管、一级分
流管道、重入式管道、排气系统、涡轮盖、排气接管嘴、
泵叶轮、涡轮
转子；壳体与涡轮盖固定连接，壳体与涡轮盖之间形成的空腔是涡轮腔，用于安装涡轮转子；
泵叶轮与涡轮转子连接；壳体外部
焊接有一级喷管和两个二级喷管，一级喷管和两个二级喷管分布在壳体的表面圆周上；涡轮盖外部焊接有一级分流管道、排气系统及排气接管嘴；重入式管道两侧分别与一级分流管道、二级喷管连接。
[0007] 所述重入式管道包括两根圆管，重入式管道管路中
心轴线为圆滑过渡的曲线，与一级分流管道、二级喷管的中心轴线相切；重入式管道横跨壳体、涡轮盖，气体工质折转
角度在190-260°度之间，使气体工质两次在壳体同一侧的不同
位置进入涡轮腔冲击涡轮转子作功。
[0008] 所述一级喷管、两个二级喷管与壳体焊接角度为14-25°，出口正对着涡轮转子的叶片，一级喷管和两个二级喷管轴线均与1/2叶片高度处于同一平面。
[0009] 所述一级分流管道进口面略大于一级喷管出口面积，一级分流管道内壁各处均存在倒圆角圆滑过渡，无尖锐突起；一级分流管道主要作用是收集气体工质第一次冲击涡
轮作功后的尾气。
[0010] 本发明的有益效果：
[0011] (1)本发明提供一种多级重入式涡轮，重入式涡轮特点是体积小空间紧凑；
[0012] (2)本发明提供一种多级重入式涡轮，转速高，额定工作状态转速在80000-150000r/min之间；
[0013] (3)本发明提供一种多级重入式涡轮，只通过一排动叶就达到两级或多级涡轮作功能力，减小了余速损失；既具有单级涡轮体积小空间紧凑的结构特点，又具有多级涡轮多次利用气体工质作功的结构特点，避免了单级涡轮效率低和多级涡轮体积庞大的缺点；采用将气体工质二次引入涡轮腔内重复作功的技术方案，既满足了体积小空间紧凑的要求，又提高了涡轮效率；
[0014] (4)本发明提供一种多级重入式涡轮，利用重入式管道改变气体工质方向，利用二级喷管或三级喷管使工质的速度增加、压力下降进而冲击涡轮，即通过重入式管道和二级喷管来代替多级涡轮中的静叶，达到减小体积、简化结构、改变气体工质方向、增速气体工质的目的。
[0015] (5)本发明提供一种多级重入式涡轮，通过对各级喷管的入口面积、喉部面积的设计，合理分配多级压比，使速比接近最佳速比，提高了涡轮级的效率，增大了涡轮的动力输出。
附图说明
[0016] 图1为本发明提供的一种多级重入式涡轮主视图；
[0017] 图2为本发明提供的一种多级重入式涡轮右视图；
[0018] 图3为本发明提供的一种多级重入式涡轮左视图；
[0019] 图4为本发明提供的一种多级重入式涡轮后视图；
[0020] 图5为本发明提供的一种多级重入式涡轮俯视图；
[0021] 图6为本发明提供的一种多级重入式涡轮剖视图；
[0022] 图中：1-一级喷管、2-壳体、3-二级喷管、4-一级分流管道、5- 重入式管道、6-排气系统、7-涡轮盖、8-排气接管嘴、9-泵叶轮、10-
螺栓、11-涡轮转子、12-
密封圈一、13-密封圈二、14-螺栓。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图和具体
实施例对本发明提供的一种多级重入式涡轮作进一步详细说明。
[0024] 如图1-6所示，本发明提供的一种多级重入式涡轮，包括一级喷管1、壳体2、两个二级喷管3、一级分流管道4、重入式管道5、排气系统6、涡轮盖7、排气接管嘴8、泵叶轮9、高温螺栓10、涡轮转子11、密封圈12、密封圈13、螺栓14。
[0025] 壳体2与涡轮盖7通过螺栓10固定连接，通过密封圈12进行密封，壳体2与涡轮盖7之间形成的空腔是涡轮腔，用于安装涡轮转子11，泵叶轮9与涡轮转子11通过
螺纹连接。
[0026] 壳体2外部焊接有一级喷管1和两个二级喷管3，一级喷管1、两个二级喷管3与壳体焊接角度为14-25°，一级喷管1和两个二级喷管3分布在壳体2的表面圆周上，一级喷管1和两个二级喷管3轴线均与1/2叶片高度处于同一平面，喷管出口正对着涡轮转子11的叶片。
[0027] 涡轮盖7外部焊接有一级分流管道4、排气系统6及排气接管嘴8。
[0028] 一级分流管道4主要作用是收集气体工质第一次冲击涡轮作功后的尾气，一级分流管道4进口面略大于一级喷管出口面积。一级分流管道4内壁各处均存在倒圆角圆滑过渡，无尖锐突起。
[0029] 重入式管道5两侧分别与一级分流管道4、二级喷管3通过螺栓14进行连接，并用密封圈13进行密封。重入式管道5的设计直接决定了重入式涡轮的输出效率，是整个系统设计的关键。重入式管道5由两根圆管组成。重入式管道5管路中心轴线为圆滑过渡的曲线，与一级分流管道4、二级喷管3的中心轴线相切。重入式管道横跨壳体、涡轮盖，气体工质折转角度在190-260°度之间，使气体工质两次在壳体2同一侧的不同位置进入涡轮腔冲击涡轮转子11作功。
[0030] 二级进气组件由两个二级喷管3组成。一级喷管1、二级喷管3的喉径面积、出口面积按一定比例进行结构设计，实现对整个涡轮腔内气体工质的压力分配。气体工质在一级喷管1、二级喷管2中均进行等熵膨胀作功，压力能逐级下降，并且各级喷管出口面积处速度相差不大，均在最佳速比附近，作功能力大大增强。
[0031] 本发明的工作原理为：
[0032] 重入式涡轮工质气体(本实例中为燃气)在一级喷管1入口处压力为 压力为速度很小，近似为0，通过一级喷管1后产生
焓降，压力下降至P1、
温度下降至T1，速度增大至c1，进入涡轮腔内冲击涡轮转子11叶片作功，工质
动能转化为机械能，冲击叶片后，气体工质速度下降至c2，压力略有下降至P2，进入一级分流管道4，在一级分流管道4中分为两股，进入重入式管道5。气体工质通过重入管道5改变方向，压力、速度损失不大，变为P′2、c′2。气体工质在二级喷管3的作用下再次产生焓降，压力能转化为速度能，压力由P′2再次下降至P3，速度升高至c3，再次冲击涡轮转子11叶片作功，此时相当于“第二级”涡轮作功；冲击涡轮后，气体工质压力略有下降与外界环境压力相差不大，变为P4，速度下降至c4，最后从排气系统6、排气接管嘴8中排出。
[0033] 涡轮转子11在气体工质的驱动下高速转动，同轴带动负载，即泵叶轮9高速转动，对低速低压液体工质进行做功，进行
能量传递和转化。
