CN102410052B - 一种小型汽轮机的进汽室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型汽轮机的进汽室，包括蒸汽室、扩散汽嘴和环形蒸汽室，其中，所述蒸汽室通过所述扩散汽嘴与所述环形蒸汽室相连；所述蒸汽室和所述扩散汽嘴连接处设有调节汽阀；所述调节汽阀朝向所述扩散汽嘴的端部包括四周的平滑部和中间的锥部，所述平滑部的端面为平滑的曲面，且略凸向所述扩散汽嘴；所述锥部的侧面为平滑的曲面，且其顶端朝向所述扩散汽嘴；所述蒸汽室的壁面为第一非均匀有理样条曲线组成的壁面；所述扩散汽嘴的壁面为第二非均匀有理样条曲线组成的壁面；所述环形蒸汽室的壁面为第三非均匀有理样条曲线组成的壁面。本发明提供的小型汽轮机的进汽室能够避免阀杆自振，消除阀杆断裂和阀体脱落的隐患。

Description

一种小型汽轮机的进汽室

技术领域

本发明涉及汽轮机技术领域，更具体地说，涉及一种小型汽轮机的进汽室。

背景技术

汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。汽轮机进汽室是蒸汽离开锅炉进入汽轮机做功的必经之路，其功能在于调整汽轮机的进汽流量，控制汽轮机的出力；其流动损失直接影响汽轮机的进汽参数，对汽轮机的效率和出力都有较大影响。

汽轮机进汽室由蒸汽室101、扩散汽嘴103和环形蒸汽室104组成，其中，蒸汽室101通过上述扩散汽嘴103与环形蒸汽室104连通；蒸汽室101与扩散汽嘴103的连接处设有调节汽阀102；工作时，进入汽轮机做功的蒸汽首先沿垂直于汽轮机轴向的方向经90°折转进入蒸汽室101，然后在蒸汽室101中受调节汽阀103控制沿垂直于汽轮机轴向的竖直方向进入扩散汽嘴103，最后在环形蒸汽室104中折转沿与汽轮机轴向平行的方向进入汽轮机喷嘴组。

但是，首先，上述调节汽阀102为球形阀，且通过悬吊在蒸汽室101上方的挂板201设置在蒸汽室101与扩散汽嘴103的连接处，其朝向扩散汽嘴的端面为凸向上述扩散汽嘴103的平滑曲面，蒸汽上述平滑曲面处易发生流动分离，使阀门底部形成空穴，空穴处发生蒸汽回流，形成复杂的涡系，造成阀体受到不均匀的横向力；蒸汽经过扩散汽嘴103往下游流动时，由于壁面的粘性阻滞作用以及突然的流道扩张，使调节汽阀102中下部形成了复杂的漩涡结构，使流动不稳定，造成调节汽阀102喉部参数分布级不均匀，这种不均匀的参数分布会增大作用在阀体上的原有的由于流动不对称形成的不均匀横向力，使阀杆周向偏振；在实际运行过程中，蒸汽不均匀的流动具有非定常特征，在某种条件下可能引发阀杆的自振，从而造成阀杆断裂或阀体脱落的重大事故，严重威胁运行安全。

其次，由于调节汽阀102底部空穴的存在，使得周围的蒸汽流速较低，汽流出现明显的阻滞和偏转，造成流动损失。调节汽阀102喉部处的蒸汽参数分布级不均匀，使阀杆偏振，形成流动损失。

还有，蒸汽沿垂直于汽轮机轴向的方向折转进入蒸汽室101，而现有蒸汽室101的壁面为分段圆弧连接，曲率不连续，易造成蒸汽“急转弯”时在曲率的变化率大的地方发生流动分离，从而形成较大的涡系，造成流动损失。

再有，现有的环形蒸汽室104的侧壁为分段圆弧连接，各处的曲率不连续，蒸汽经折转后沿周向的参数分布不均匀，不能平稳地进入汽轮机喷嘴组，造成汽轮机调节级的工作条件差。

另外，现有的蒸汽室101、扩散汽嘴103和环形蒸汽室104处的壁面均为分段圆弧连接，蒸汽通过上述不连续的壁面时发生流动分离现象，上述流动分离和蒸汽与壁面的摩擦力共同作用造成蒸汽流动不连续，使得蒸汽动能耗散，熵增，从而使总压损失大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种小型汽轮机的进汽室，以防止调节汽阀的阀杆自振，避免发生阀杆断裂和阀体脱落的事故。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种小型汽轮机的进汽室，包括：

蒸汽室；和

通过扩散汽嘴与所述蒸汽室相连的环形蒸汽室，其中，所述蒸汽室和所述扩散汽嘴连接处设有调节汽阀；所述调节汽阀朝向所述扩散汽嘴的端部包括四周的平滑部和中间的锥部，所述平滑部的端面为平滑的曲面，且略凸向所述扩散汽嘴；所述锥部的侧面为平滑的曲面，且其顶端朝向所述扩散汽嘴。

优选的，上述进汽室中，所述蒸汽室的壁面为第一非均匀有理样条曲线组成的壁面；所述壁面各处的曲率连续，且均匀地凸向所述蒸汽室的外壁。

优选的，上述进汽室中，所述扩散汽嘴的壁面为第二非均匀有理样条曲线组成的壁面，且各处的曲率连续；所述扩散汽嘴的横截面面积由其入口端向出口端逐渐增大。

优选的，上述进汽室中，所述环形蒸汽室的壁面为第三非均匀有理样条曲线组成的壁面，且各处的曲率连续；所述环形蒸汽室的各个环形面过度平缓。

优选的，上述进汽室中，所述第一非均匀有理样条曲线、所述第二非均匀有理样条曲线和所述第三非均匀有理样条曲线的矢量有理多项式函数p(u)均为：

$p\left(u\right)=\frac{\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{i,k}\left(u\right)W_i{V}_i}{\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{i,k}\left(u\right)W_i}$

其中，V_i为控制顶点，W_i为权因子，B_i，k(u)为k次非均匀有理样条基函数，函数B_i，k(u)满足：

$B_{i,k}\left(u\right)=\left\{\begin{array}{c}\begin{array}{cc}{B}_{i,0}\left(u\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& u_i\&le;u\&le;u_{i+1}\\ 0& u<u_i\\ 0& u>u_{i+1}\end{array}\right.& k=0\end{array}\\ \begin{array}{cc}{B}_{i,k}\left(u\right)=\frac{u-u_i}{u_{i+k}-u_i}{B}_{i,k-1}\left(u\right)+\frac{u_{i+k+1}-u}{u_{i+k+1}-u_{i+1}}{B}_{i+1,k-1}\left(u\right)& k\&GreaterEqual;1\end{array}\end{array}\right.$

其中，u_i(i＝0，1，...，m)为节点，且各个节点沿所述蒸汽室到所述环形蒸汽室的方向依次布置；所述蒸汽室的壁面形状对称，且所述第一非均匀有理样条曲线的形状由6个节点确定；所述第二非均匀有理样条曲线由六个节点确定，且所述扩散汽嘴的壁面由所述第二非均匀有理样条曲线绕所述扩散汽嘴的中心轴旋转得到；所述第三非均匀有理样条曲线包括两条分别由6个和9个节点确定的非均匀有理样条曲线。

优选的，上述进汽室中，所述调节汽阀设置在挂板上，所述挂板悬吊在所述蒸汽室顶端。

现有技术中调节汽阀为球形阀，而本发明提供的调节汽阀朝向扩散汽嘴的端部包括四周的平滑部和中间的锥部，其中，平滑部的侧面为略凸向扩散汽嘴的平滑曲面；锥部的侧面为平滑的曲面，且锥部的顶端朝向所述扩散汽嘴。本发明提供的调节汽阀能有效防止蒸汽在其底部发生流动分离，避免空穴的产生，防止蒸汽发生回流，调节汽阀中下部不会形成复杂的漩涡结构，蒸汽流动相对稳定，调节汽阀喉部附近参数分布级较均匀，调节汽阀阀体受到的横向力相对较小，阀杆轴向偏振的幅度减小，不足以引起阀杆的自振，避免了阀杆断裂和阀体脱落的事故。

其次，本发明提供的进汽室能防止调节汽阀底部产生空穴，避免该处蒸汽流速降低，蒸汽流动顺畅，避免流动损失的产生。且相比于现有蒸汽室，本发明提供的蒸汽室中调节汽阀喉部参数分布级均匀，同样避免蒸汽发生流动损失。

还有，蒸汽沿垂直于汽轮机轴向的方向折转进入蒸汽室，本发明提供的蒸汽室的壁面由第一非均匀有理样条曲线组成，曲率连续，能够避免蒸汽“急转弯”时在曲率的变化率大的地方发生流动分离而产生的较大的涡系，防止流动损失的产生。

再有，本发明提供的环形蒸汽室的侧壁为第三非均匀有理样条曲线组成的，曲率连续，蒸汽在环形蒸汽室内经折转后能够平稳地由向下流动转为向侧面的轴向流动，蒸汽参数沿周向分布均匀，使进入小型汽轮机调节级喷嘴组中每一个喷嘴的蒸汽参数基本相同，总压损失极小。

另外，相比于现有技术中分别由分段圆弧连线组成的蒸汽室壁面、扩散汽嘴壁面和环形蒸汽室壁面，本发明提供的进汽室中，蒸汽室壁面是由第一非均匀有理样条曲线组成的壁面，扩散汽嘴壁面是由第二非均匀有理样条曲线组成的壁面，环形蒸汽室的壁面是由第三非均匀有理样条曲线组成的壁面，各壁面的曲率均连续，避免发生蒸汽流动不连续的现象，降低了蒸汽的总压损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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他的附图。

图1为现有技术中小型汽轮机的进汽室的结构示意图；

图2为现有技术中小型汽轮机的蒸汽室和扩散汽嘴的结构示意图；

图3为图2中A部分的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的小型汽轮机的进汽室的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的蒸汽室和扩散汽嘴的结构示意图；

图6为图5中B部分的结构示意图；

其中，图4-图6中：

蒸汽室101；调节汽阀102；扩散汽嘴103；环形蒸汽室104；挂板201。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种小型汽轮机的进汽室，能够避免阀杆自振，防止阀杆断裂和阀体脱落的事故发生。

请参阅图3-图6，本发明实施例提供的小型汽轮机的进汽室包括蒸汽室101、扩散汽嘴103和环形蒸汽室104，其中，蒸汽室101通过扩散汽嘴103与上述环形蒸汽室104相连；蒸汽室101和扩散汽嘴103的连接处设有调节汽阀103；调节汽阀102朝向扩散汽嘴103的端面包括位于四周的平滑部和位于中间的锥部，上述平滑部的侧面为平滑的曲面，且略凸向扩散汽嘴103，上述锥部的侧面为平滑的曲面，且该锥部的顶端朝向扩散汽嘴103。

相比于现有技术中的球形调节汽阀，本发明实施例提供的调节汽阀102朝向扩散汽嘴103的端部包括四周的平滑部和中间的锥部，其中，平滑部的侧面为略凸向扩散汽嘴的平滑曲面；锥部的侧面为平滑的曲面，且锥部的顶端朝向扩散汽嘴103。本发明实施例提供的调节汽阀102能有效防止蒸汽在其底部发生流动分离，避免空穴的产生，防止蒸汽回流，调节汽阀中下部不会形成复杂的漩涡结构，蒸汽流动相对稳定，调节汽阀102喉部附近的参数分布级较均匀，调节汽阀102阀体受到的横向力相对较小，阀杆轴向偏振的幅度减小，不足以引起阀杆的自振，避免了阀杆断裂和阀体脱落的事故。

其次，本发明实施例提供的进汽室能防止调节汽阀102底部产生空穴，避免了该处蒸汽流速降低，蒸汽流动顺畅，避免流动损失的产生。且相比于现有蒸汽室，本发明实施例提供的蒸汽室中调节汽阀102喉部参数分布级均匀，同样避免蒸汽发生流动损失。

具体的，上述实施例中，蒸汽室101的壁面是由第一非均匀有理样条曲线组成的壁面，其各处的曲率连续，且均匀地凸向蒸汽室101的外壁。

具体的，上述实施例中，扩散汽嘴103的壁面是由第二非均匀有理样条曲线组成的壁面，其各处的曲率连续，且扩散汽嘴103的横截面面积由其入口处向出口处逐渐增大。

具体的，上述实施例中，环形蒸汽室104的壁面为第三非均匀有理样条曲线组成的壁面，其各处的曲率连续；环形蒸汽室104的各个环形面过度平缓。

具体的，上述实施例中，第一非均匀有理样条曲线、第二非均匀有理样条曲线和第三非均匀有理样条曲线的矢量多项式函数p(u)均为：

$p\left(u\right)=\frac{\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{B}_{i,k}\left(u\right)W_i{V}_i}{\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{B}_{i,k}\left(u\right)W_i}$

其中，V_i为控制顶点，W_i为权因子，B_i，k(u)为k次非均匀有理样条基函数，函数B_i，k(u)满足：

$B_{i,k}\left(u\right)=\left\{\begin{array}{c}\begin{array}{cc}{B}_{i,0}\left(u\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& u_i\&le;u\&le;u_{i+1}\\ 0& u<u_i\\ 0& u>u_{i+1}\end{array}\right.& k=0\end{array}\\ \begin{array}{cc}{B}_{i,k}\left(u\right)=\frac{u-u_i}{u_{i+k}-u_i}{B}_{i,k-1}\left(u\right)+\frac{u_{i+k+1}-u}{u_{i+k+1}-u_{i+1}}{B}_{i+1,k-1}\left(u\right)& k\&GreaterEqual;1\end{array}\end{array}\right.$

其中，u_i(i＝0，1，...，m)为节点，曲线节点u₁、u₂、...、u_m沿蒸汽的流动方向依次布置，且各个点的位置由流场计算结果确定。蒸汽室101的壁面形状对称，第一非均匀有理样条曲线形状由6个节点确定；第二非均匀有理样条曲线由六个节点确定，扩散汽嘴103的壁面由第二非均匀有理样条曲线绕其中心轴旋转得到，其上侧切矢量为水平方向，其下侧切矢量为与汽流扩散方向相同；第三非均匀有理样条曲线包括两条分别由6个和9个节点确定的非均匀有理样条曲线。

本发明实施例提供的蒸汽室101的壁面为第一非均匀有理样条曲线组成的壁面，曲率连续，工作时，蒸汽沿垂直于汽轮机轴向的方向折转进入蒸汽室101，能够避免蒸汽“急转弯”时在曲率的变化率大的地方发生流动分离而产生较大的涡系，防止流动损失的产生。

还有，本发明实施例提供的环形蒸汽室104的壁面为第三非均匀有理样条曲线组成的壁面，曲率连续，蒸汽在环形蒸汽室104内经折转后能够平稳地由向下流动转为向侧面的轴向流动，蒸汽参数沿周向分布均匀，使进入小型汽轮机调节级喷嘴组中每一个喷嘴的蒸汽参数基本相同，总压损失极小。

另外，相比于现有技术中分别由分段圆弧连线组成的蒸汽室壁面、扩散汽嘴壁面和环形蒸汽室壁面，本发明提供的进汽室中，蒸汽室101的壁面是由第一非均匀有理样条曲线组成的壁面，扩散汽嘴103的壁面是由第二非均匀有理样条曲线组成的壁面，环形蒸汽室104的壁面是由第三非均匀有理样条曲线组成的壁面，各壁面的曲率均连续，避免发生蒸汽流动不连续的现象，降低了蒸汽的总压损失。

具体的，上述实施例中，调节汽阀102设置在挂板201上，挂板201悬吊在蒸汽室101的顶端。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种小型汽轮机的进汽室，其特征在于，包括：

蒸汽室(101)；和

通过扩散汽嘴(103)与所述蒸汽室(101)相连的环形蒸汽室(104)，其中，所述蒸汽室(101)和所述扩散汽嘴(103)连接处设有调节汽阀(102)；所述调节汽阀(102)朝向所述扩散汽嘴(103)的端部包括四周的平滑部和中间的锥部，所述平滑部的端面为平滑的曲面，且略凸向所述扩散汽嘴(103)；所述锥部的侧面为平滑的曲面，且其顶端朝向所述扩散汽嘴(103)；所述环形蒸汽室(104)的壁面为第三非均匀有理样条曲线组成的壁面，且各处的曲率连续；所述环形蒸汽室(104)的各个环形面过度平缓。

2.根据权利要求1所述的进汽室，其特征在于，所述蒸汽室(101)的壁面为第一非均匀有理样条曲线组成的壁面；所述壁面各处的曲率连续，且均匀地凸向所述蒸汽室(101)的外壁。

3.根据权利要求2所述的进汽室，其特征在于，所述扩散汽嘴(103)的壁面为第二非均匀有理样条曲线组成的壁面，且各处的曲率连续；所述扩散汽嘴(103)的横截面面积由其入口端向出口端逐渐增大。

4.根据权利要求3所述的进汽室，其特征在于，所述第一非均匀有理样条曲线、所述第二非均匀有理样条曲线和所述第三非均匀有理样条曲线的矢量有理多项式函数p(u)均为：

$p\left(u\right)=\frac{\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{B}_{i,k}\left(u\right)W_i{V}_i}{\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{B}_{i,k}\left(u\right)W_i}$

其中，V_i为控制顶点，W_i为权因子，B_i,k(u)为k次非均匀有理样条基函数，函数B_i,k(u)满足：

$B_{i,k}\left(u\right)=\left\{\begin{array}{cc}{B}_{i,0}\left(u\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& u_i\&le;u\&le;u_{i+1}\\ 0& u<u_i\\ 0& u>u_{i+1}\end{array}\right.& k=0\\ B_{i,k}\left(u\right)=\frac{u-u_i}{u_{i+k}-u_i}{B}_{i,k-1}\left(u\right)+\frac{u_{i+k+1}-u}{u_{i+k+1}-u_{i+1}}{B}_{i+1,k-1}\left(u\right)& k\&GreaterEqual;1\end{array}\right.$

其中，u_i(i＝0,1,...,m)为节点，且各个节点沿所述蒸汽室(101)到所述环形蒸汽室(104)的方向依次布置；所述蒸汽室(101)的壁面形状对称，且所述第一非均匀有理样条曲线的形状由6个节点确定；所述第二非均匀有理样条曲线由六个节点确定，且所述扩散汽嘴(103)的壁面由所述第二非均匀有理样条曲线绕所述扩散汽嘴(103)的中心轴旋转得到；所述第三非均匀有理样条曲线包括两条分别由6个和9个节点确定的非均匀有理样条曲线。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的进汽室，其特征在于，所述调节汽阀(102)设置在挂板(201)上，所述挂板(201)悬吊在所述蒸汽室(101)顶端。