CN106194285A - 汽轮机高压进气参数的降压机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽轮机高压进气参数的降压机构，涉及汽轮机应用的技术领域，包括：进气管、控制阀组和喷射装置；控制阀组的进气端与进气管连通；控制阀组的出气端与喷射装置连通；喷射装置包括喷嘴组，喷嘴组内设置有多个用于将气体吹向汽轮机叶轮的喷嘴流道，沿气流的流动方向，每一个喷嘴流道的出口为渐扩形，用于降低蒸气的压力；通过本发明，缓解了现有技术中存在的补气的高压蒸汽压力过大无法与低压蒸汽直接掺混的技术问题。

Description

汽轮机高压进气参数的降压机构

技术领域

本发明涉及汽轮机应用的技术领域，尤其是涉及一种汽轮机高压进气参数的降压机构。

背景技术

机械驱动式汽轮机一般采用单一蒸汽参数进气作为额定气源，设置一个调节阀就能控制，但是当电厂由于额定参数蒸汽数量不足的同时又需要保证机组输出功率稳定时，现有技术通常采用额外补气的方式。

通常补气的高压蒸汽的压力要远大于额定蒸汽压力，但是系统管道和汽轮机的气缸的耐压能力受限，不同压力等级的蒸汽直接掺混，将可能会导致低压管或气缸爆裂。

所以，现有技术的问题为补气的高压蒸汽压力过大无法与低压蒸汽直接掺混的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽轮机高压进气参数的降压机构，以缓解现有技术中存在的补气的高压蒸汽压力过大无法与低压蒸汽直接掺混的技术问题。

本发明提供的一种汽轮机高压进气参数的降压机构，包括：进气管、控制阀组和喷射装置；控制阀组的进气端与进气管连通；控制阀组的出气端与喷射装置连通；喷射装置包括喷嘴组，喷嘴组内设置有多个用于将气体吹向汽轮机叶轮的喷嘴流道，沿气流的流动方向，每一个喷嘴流道的出口为渐扩形，用于降低蒸气的压力。

进一步的，喷嘴流道为烟斗型，包括烟杆流道和烟嘴流道，烟嘴流道沿着气流的流动方向为渐扩形；烟杆流道的进气端与控制阀组的出气端连通，用于气流的进入；烟杆流道的侧壁上设置有出气孔，烟嘴流道的进气端与出气孔连通。

进一步的，烟嘴流道的出气方向可根据汽轮机叶轮的进气角度进行调整。

进一步的，喷射装置还包括引流管，引流管的进气端与控制阀组的出气端连通，引流管的侧壁上设置有与烟杆流道一一对应的排气口，每一组一一对应的排气口与烟杆流道之间相互连通。

进一步的，引流管内部形成延伸方向呈弧形的腔室，排气口设置于腔室的侧壁、且沿腔室的延伸方向均匀分布。

进一步的，控制阀组包括开关阀、中间管道和调节阀；开关阀的进气端与进气管连通；开关阀的出气端通过中间管道与调节阀的进气端连通；调节阀的出气端与喷射装置的进气端连通。

进一步的，开关阀包括阀体、阀头和第一拉杆，第一拉杆的第一端伸入阀体内、且另一端探出阀体，阀头位于阀体内、且安装于第一拉杆，当第一拉杆沿自身轴线方向移动时驱动阀头动作以控制开关阀开闭，开关阀的进气端和出气端沿着第一拉杆的轴线方向相对错位设置。

进一步的，调节阀的进气端通过中间管道与开关阀的出气端连通、且出气端与引流管的进气端连通，其中：当调节阀作业时，调节阀的阀芯与调节阀的阀体之间配合形成拉法尔形状流道。

进一步的，开关阀与进气管之间设置有过滤网，用于滤去蒸汽内的杂质。

本发明提供的汽轮机高压进气参数的降压机构，高压蒸汽通过进气管进入到控制阀组内，再通入到喷射装置内，喷射装置的喷嘴组内的喷嘴流道沿着气体的流动方向为渐扩形，相同体积蒸汽的所处环境的容积增大，使得蒸汽所分布的体积变大，因此蒸汽的压力减小；此时压力减小后的蒸汽可以与低压蒸汽掺混进行补气，缓解了现有技术中不同压力等级的蒸汽难以安全掺混的问题。

同时，压力减小后的蒸汽在喷嘴流道内超音速喷出，具有极强的动力，吹向汽轮机叶轮，有效的将压力能转化为动能，再与低压蒸汽混合，结构紧凑，安全可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的汽轮机高压进气参数的降压机构的结构示意图；

图2为图1所示的汽轮机高压进气参数的降压机构的引流管和喷嘴组的俯视图；

图3为本发明实施例提供的汽轮机高压进气参数的降压机构的引流管的腔室和喷嘴组的主视图；

图4为本发明实施例提供的汽轮机高压进气参数的降压机构的引流管的腔室和喷嘴组内部的喷嘴流道连通的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的汽轮机高压进气参数的降压机构的引流管从气流流入方向看的结构示意图；

图6为图5所示的汽轮机高压进气参数的降压机构的A-A切面的剖视图；

图7为本发明实施例提供的汽轮机高压进气参数的降压机构的引流管和喷嘴组吹向汽轮机叶轮的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的汽轮机高压进气参数的降压机构的烟斗喷嘴的结构示意图。

附图标记：

100-进气管； 200-控制阀组； 300-喷射装置；

210-开关阀； 220-中间管道； 230-调节阀；

240-过滤网； 310-喷嘴组； 320-引流管；

211-阀头； 212-第一拉杆； 311-烟杆流道；

312-烟嘴流道； 321-排气口； 322-腔室；

231-调节阀的出气端； α-喷嘴出口夹角； β-张角；

400-汽轮机叶轮。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明用于解决补气式汽轮机补气压力过高的问题，由于补气压力远大于汽轮机的额定气源压力(如额定气源压力1MPa，补齐压力24MPa)。本发明可以应用于汽轮机的技术领域，也可以应用于其他可压缩流体的降压，其设计原理是压力能与动能、体积的转换，在结构上通过分级降压，第一级调节阀，通过调整阀门开度，形成拉法尔流道和激波系降压；第二级通过喷嘴组装置即多个烟斗喷嘴，气流在烟斗喷嘴内形成拉法尔流道，速度及面积增加，压力迅速降低。之后与低压蒸汽掺混，从而解决高压蒸汽无法安全域低压蒸汽掺混的技术问题，实现补气的技术效果。

实施例一

本实施例提供一种汽轮机高压进气参数的降压机构，如图1所示，包括：进气管100、控制阀组200和喷射装置300；控制阀组200的进气端与进气管连通；控制阀组200的出气端与喷射装置300连通；喷射装置300包括喷嘴组310，喷嘴组310内设置有多个用于将气体吹向汽轮机叶轮的喷嘴流道，沿气流的流动方向，每一个喷嘴流道的出口为渐扩形，用于降低蒸气的压力。

喷嘴流道为用于将气流喷出的通道，沿着气流的流动方向，上述的渐扩形的喷嘴流道可以为位于喷嘴组310内的圆锥形流道；该喷嘴流道可以根据需要吹动的汽轮机叶轮400的叶片大小或叶片的方向灵活选取，例如，当汽轮机叶轮400需要的吹动面积较大时，可以选取圆锥形的喷嘴流道；当汽轮机叶轮400需要的吹动的力比较集中时，可以选用圆台形的喷嘴流道，在此不再罗列。

本实施例提供的汽轮机高压进气参数的降压机构，高压蒸汽通过进气管100进入到控制阀组200内，再通入到喷射装置300内，由于喷射装置300的喷嘴组310内的喷嘴流道沿着气体的流动方向为渐扩形，形成了拉法尔流道，气流超音速喷出，气流的速度增加，温度降低，并且相同体积蒸汽的所处环境的容积增大，使得蒸汽所分布的体积变大，根据PV/T＝常数，因此蒸汽的压力减小，即压力能转化为动能；此时压力减小后的蒸汽可以与低压蒸汽掺混进行补气，缓解了现有技术中不同压力等级的蒸汽难以安全掺混的问题。

同时，压力减小后的蒸汽在喷嘴流道内超音速喷出，具有极强的动力，吹向汽轮机叶轮，有效的将压力能转化为动能，再与低压蒸汽混合，结构紧凑，安全可靠。

考虑到高压蒸汽经过降压喷出后仍然有很高的流速，喷出的过程中会给喷嘴流道带来很大的冲击力，会造成喷嘴组310内的多个喷嘴流道在高压下发生晃动，从而影响气流的喷出方向的稳定；为了解决上述的技术问题，如图2、3所示，喷嘴流道为内嵌式，即喷嘴组310为实体块状，内部通过浇铸形成多个喷嘴流道，这样的设计可以使得每一个喷嘴流道的外部具有实体固定，增强了喷嘴流道的稳定性。

考虑到加工的问题，喷嘴组310为单个部件，加工完成后再进行连接固定，保证了喷嘴组310质量和喷嘴流道的精度。

在具体的实践中，可以将图1中的喷嘴流道的形状进行进一步的优化，优化的方式可以将喷嘴流道设为烟斗型，如图3、4所示，包括烟杆流道311和烟嘴流道312，烟嘴流道312沿着气流的流动方向为渐扩形；烟杆流道311的进气端与控制阀组200的出气端连通，用于气流的进入；烟杆流道311的侧壁上设置有出气孔，烟嘴流道312的进气端与出气孔连通。

气流从烟杆流道311进入，从烟嘴流道312出去，由于烟嘴流道312沿着气流的流动方向为渐扩形，流速高，压力能转化为动能，能够给气流在流出的过程中起到降压的作用。

考虑到汽轮机内的叶轮的进气角度不一致，随着汽轮机叶轮的进气角度的不同，烟嘴流道312的出气方向可本根据汽轮机叶轮的进气角度调整。

如图5、6、7、8所示，β为烟嘴流道312的进气端的两条侧边之间的夹角，可以随着气流的压力大小进行调整；α为烟嘴流道312出气端的接近叶轮的一边和出气口的平面之间的夹角。

上述的烟嘴流道312出气方向的调整方式可以为更改所述烟嘴流道312的两侧壁的长短，该调整方式可以为根据汽轮机叶轮的进气方向和所需要的进气压力的需要，灵活改变，例如：当所需要的进气压力较小时，可以采用烟嘴流道312的两侧壁的长短做改变来实现即改变α的角度；当所需要的进气压力较大时，可以在α的角度做更改的同时，将α角的对边设置一个弯折的侧壁，弯折角为远离汽轮机叶轮的方向。

为了进一步的使得气流降压，可以对上述烟斗型的流道做进一步的优化，如图8所示，烟杆流道311的气流方向和烟嘴流道312的气流方向垂直，垂直设置的作用为气流进入烟杆流道311之后压力沿着烟杆流道的轴线方向向前流动，在烟杆流道311的侧壁上设置出气孔，使得气流经过弯折后进入到烟嘴流道312，对于蒸汽的压力起到一定的降低的作用。

上述的实施例为气流降压的一部分，气流经过进气管100进入到控制阀组200，然后进入到喷嘴组310，喷嘴组310为烟斗型，气流首先进入到烟杆流道311，再进入到烟嘴流道312，由于气流的流速和压力很大，经过烟杆流道311后，烟嘴流道312和烟杆流道311的连接处流道较窄，由于烟嘴流道312为渐扩形，渐扩后流道较宽，在此处形成拉法尔流道，气流超音速喷出，压力能转化为动能，压力降低。

实施例二

本实施例在上述实施例的基础上提供一种汽轮机高压进气参数的降压机构，在上述实施方式的基础上，如图1、2、3所示，喷射装置300还包括引流管320，引流管320的进气端与控制阀组200的出气端连通，引流管320的侧壁上设置有与烟杆流道311一一对应的排气口321，每一组一一对应的排气口321与烟杆流道311之间相互连通。

考虑到气流沿着引流管320的延伸方向上的气流压力比较大，为了进一步的降低气流的压力，在引流管320的侧壁上设置有排气口321，与烟杆流道311的进气端连通。

考虑到喷嘴流道喷出的气体吹向汽轮机叶轮400，叶轮的周向为圆形，为了使得喷嘴流道喷出的气流与汽轮机叶轮400的转动方向接近一致，可以对上述的方案做进一步的改进，如图3、4所示，引流管320内部形成延伸方向呈弧形的腔室322，排气口321设置于腔室322的侧壁、且沿腔室322的延伸方向均匀分布。

上述的腔室322为位于引流管320接近喷嘴组310一端的内部设置的流道，腔室322的直径小于引流管320的直径。通过设置上述腔室322，气流从引流管320的进气端进入，在气压的作用下，进入到腔室322，由于瞬间流道的宽度变小，引流管320内的气流的压力一部分进入到腔室322内，其他的部分承载在腔室322进气端的外侧壁上，进一步起到降低蒸气压力的作用。

实施例三

本实施例在上述实施例的基础上提供一种汽轮机高压进气参数的降压机构，如图1所示，控制阀组200包括开关阀210、中间管道220和调节阀230；开关阀210的进气端与进气管连通；开关阀210的出气端通过中间管道220与调节阀230的进气端连通；调节阀230的出气端与喷射装置300的进气端连通。

考虑到现实的应用中，高压蒸汽的压力非常大，需要有一个阀门来控制高压蒸汽是否能够进入到降压机构内，所以设置开关阀210，开关阀包括阀体、阀头211和第一拉杆212，第一拉杆212的第一端伸入阀体内、且另一端探出阀体，阀头211位于阀体内、且安装于第一拉杆212，当第一拉杆212沿自身轴线方向移动时驱动阀头211动作以控制开关阀210开闭，开关阀210的进气端和出气端沿着第一拉杆212的轴线方向相对错位设置。

上述的实施方式中，开关阀210的进气端和出气端沿着第一拉杆212的轴线方向相对错位设置的作用为使得蒸汽进入到开关阀流动方向进行弯折性改变，降低蒸气的压力。

开关阀210处于常开或常闭，节流率小于5％。

由于高压蒸汽的气流单位时间内的流量很高，为了达到降压的效果，需要将单位时间内的流量降低，因此设置调节阀230。调节阀230的进气端通过中间管道220与开关阀210的出气端连通、且出气端与引流管320的进气端连通，其中：当调节阀230作业时，调节阀230的阀芯与调节阀的阀体之间配合形成拉法尔形状流道。

气流经过中间管道220后从调节阀的一侧进入到调节阀230，调节阀230的出气端位于阀头与引流管320的进气端连通，与中间管道220垂直，即气流的方向经过弯折后进入到引流管320。

调节阀的开度很小，调节阀的出气端沿着气体的流动方向形成渐扩形流道，气流在调节阀进气端气流大，压力足，经过调节阀的较小的开度后，进入渐扩形的流道，形成拉法尔形状的流道，产生大量的激波，气流的压力能转化为动能，气压降低，此处为气流降压的另一部分。

在具体的操作过程中，为了进一步的降低蒸气的压力，引流管320的直径大于调节阀230出气端的直径。

由于引流管320的直径变大，迅速扩容，降低了蒸汽的压力，进一步起到了降压的作用。

上述汽轮机高压进气参数的降压机构的工作流程为，如图1所示：

1.气流从进气管100进入，经过开关阀210，开关阀210处于敞开状态，节流率为4％左右；

2.从开关阀210出来的气流经过中间管道220进入调节阀230，调节阀230的开度非常小，气流的压力和流速都很大，在从中间管道220进入到调节阀230的阀芯的过程为流道越来越窄，在经过阀芯后，流道越来越宽，形成拉法尔流道，气流超音速喷出，压力能转化为动能，迅速降压，然后产生大量的激波，压力缓冲性的提升；

3.高速的气流进入到引流管，迅速扩容，进一步的给气流降压；

4.气流进入到引流管的腔室，进入到喷嘴组，由于烟斗喷嘴的烟杆流道和烟嘴流道的连通处的较窄，高速的气流从烟杆流道进入到烟嘴流道后，处于渐扩的状态，形成拉法尔流道，超音速喷出，压力能转化为动能，压力降低，最后达到降压比为24：1的效果。

考虑到蒸汽中汇有很多的杂质，由于高压蒸汽的速度和压力都很大，杂质会夹杂在高压蒸汽中进入到汽轮机高压进气参数的降压机构，对降压机构的工作起到影响，长时间可能会造成堵塞管路和阀门的后果，为了解决这一技术问题，开关阀210与进气管100之间设置有过滤网240，用于滤去蒸汽内的杂质。

过滤网240为空心的圆柱体，套设在开关阀210的阀头的外面，过滤网的材质为市售普通过滤网。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种汽轮机高压进气参数的降压机构，其特征在于，包括：进气管、控制阀组和喷射装置；

所述控制阀组的进气端与所述进气管连通；

所述控制阀组的出气端与所述喷射装置连通；

所述喷射装置包括喷嘴组，所述喷嘴组内设置有多个用于将气体吹向汽轮机叶轮的喷嘴流道，沿气流的流动方向，每一个所述喷嘴流道的出口为渐扩形，用于降低蒸气的压力。

2.根据权利要求1所述的汽轮机高压进气参数的降压机构，其特征在于，所述喷嘴流道为烟斗型，包括烟杆流道和烟嘴流道，所述烟嘴流道沿着气流的流动方向为渐扩形；所述烟杆流道的进气端与所述控制阀组的出气端连通，用于气体的进入；所述烟杆流道的侧壁上设置有出气孔，所述烟嘴流道的进气端与所述出气孔连通。

3.根据权利要求2所述的汽轮机高压进气参数的降压机构，其特征在于，所述烟嘴流道的出气方向可根据汽轮机叶轮的进气角度进行调整。

4.根据权利要求2所述的汽轮机高压进气参数的降压机构，其特征在于，所述喷射装置还包括引流管，所述引流管的进气端与所述控制阀组的出气端连通，所述引流管的侧壁上设置有与所述烟杆流道一一对应的排气口，每一组一一对应的排气口与烟杆流道之间相互连通。

5.根据权利要求4所述的汽轮机高压进气参数的降压机构，其特征在于，所述引流管内部形成延伸方向呈弧形的腔室，所述排气口设置于所述腔室的侧壁、且沿所述腔室的延伸方向均匀分布。

6.根据权利要求1-5任一项所述的汽轮机高压进气参数的降压机构，其特征在于，所述控制阀组包括开关阀、中间管道和调节阀；

所述开关阀的进气端与所述进气管连通；

所述开关阀的出气端通过所述中间管道与所述调节阀的进气端连通；

所述调节阀的出气端与所述喷射装置的进气端连通。

7.根据权利要求6所述的汽轮机高压进气参数的降压机构，其特征在于，所述开关阀包括阀体、阀头和第一拉杆，所述第一拉杆的第一端伸入所述阀体内、且另一端探出所述阀体，所述阀头位于所述阀体内、且安装于所述第一拉杆，当所述第一拉杆沿自身轴线方向移动时驱动所述阀头动作以控制所述开关阀开闭，所述开关阀的进气端和出气端沿着所述第一拉杆的轴线方向相对错位设置。

8.根据权利要求6所述的汽轮机高压进气参数的降压机构，其特征在于，所述调节阀的进气端通过所述中间管道与所述开关阀的出气端连通、且出气端与所述引流管的进气端连通，其中：

当所述调节阀作业时，所述调节阀的阀芯与调节阀的阀体之间配合形成拉法尔形状流道。

9.根据权利要求6所述的汽轮机高压进气参数的降压机构，其特征在于，所述开关阀与所述进气管之间设置有过滤网，用于滤去蒸汽内的杂质。